vestnovsuВестник Новгородского государственного университетаVestnik of Novgorod State University2076-8052Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого10.34680/2076-8052.2021.4(125).33-37vestnovsu-36Research ArticleЭлектроникаElectronicsТвердотельные устройства сбора энергииSolid-state energy harvesting devicesКузьминЕ. В.KuzminE. V.

Великий Новгород

777744444@mail.ruЛеонтьевВ. С.LeontievV. S.

Великий Новгород

777744444@mail.ruЧулановА. А.ChulanovA. A.

Великий Новгород

777744444@mail.ruКоваленкоД. В.KovalenkoD. V.

Великий Новгород

777744444@mail.ruУсикД. А.UsikD. A.

Великий Новгород

usikda@okbplaneta.ruПетровР. В.PetrovR. V.

Великий Новгород

777744444@mail.ruНовгородский государственный университет имени Ярослава МудрогоRussian FederationАО «ОКБ-Планета»Russian Federation20211909202304(125)3337Copyright © Кузьмин Е.В., Леонтьев В.С., Чуланов А.А., Коваленко Д.В., Усик Д.А., Петров Р.В., 20232023Кузьмин Е.В., Леонтьев В.С., Чуланов А.А., Коваленко Д.В., Усик Д.А., Петров Р.В.Kuzmin E.V., Leontiev V.S., Chulanov A.A., Kovalenko D.V., Usik D.A., Petrov R.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnovsu.elpub.ru/jour/article/view/36

Глобальный энергетический  кризис и загрязнение  окружающей среды, вызванные главным образом увеличением потребления невозобновляемых источников энергии, побудили исследователей изучить альтернативные энергетические технологии, которые могут использовать энергию, доступную в окружающей среде. Механическая энергия — это наиболее распространенная энергия окружающей среды, которую можно уловить и преобразовать в полезную электрическую энергию. Пьезоэлектрическое, магнитострикционное и магнитоэлектрическое преобразования являются наиболее распространенными механизмами сбора энергии. В результате ожидается, что в ближайшем будущем многие электронные устройства будут питаться от пьезоэлектрических, магнитострикционных и магнитоэлектрических генераторов. В данной статье представлен обзор современного состояния твердотельных устройств сбора энергии, в частности пьезоэлектрических, магнитострикционных и магнитоэлектрических. Изложены принципы преобразования энергии, разъяснены механизмы работы. 

The global energy crisis and environmental pollution, caused mainly by the increased consumption of non-renewable energy sources, have prompted researchers to explore alternative energy technologies that can use the energy available in the environment Mechanical energy is the most common environmental energy that can be captured and converted into useful electrical energy. Piezoelectric, magnetostrictive and magnetoelectric transformations are the most common mechanisms of energy collection. As a result, it is expected that in the near future many electronic devices will be powered by piezoelectric, magnetostrictive and magnetoelectric generators. This article provides an overview of the current state of solid-state energy harvesting devices, in particular, piezoelectric, magnetostrictive and magnetoelectric. The principles of energy conversion are outlined; the mechanisms of operation are explained.

магнитоэлектрическая структураустройство сбора энергиипреобразование энергииmagnetoelectric structureenergy harvesterenergy conversionReferencesPetrov R.V., Kuzmin E.V., Bichurin M.I. et аl. Hybrid magnetoelectric converter // Journal of Physics: Conference Series. Electronic edition. 2020. Vol.1658. Article number: 012038. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1658/1/012038Petrov R.V., Kuzmin E.V., Bichurin M.I., Leontiev V.S., Sokolov O.V. Hybrid magnetoelectric converter. Journal of Physics: Conference Series. Electronic edition, 2020, ser. 1658, article no. 012038. doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1658/1/012038Кузьмин Е.В., Леонтьев В.С., Петрова А.Р. и др. Исследование магнитоэлектрической структуры Метглас/GaAs/Метглас для применения в источниках энергии // Вестник НовГУ. Сер.: Технические науки. 2021. №2(123). С.31-35. DOI: https://doi.org/10.34680/2076-8052.2021.2(123).31-35Kuzmin E.V., Leontiev V.S., Petrova A.R., Nemtsev L.A., Petrov R.V. Investigation of the magnetoelectric structure of Metglas/GaAs/Metglas for use in energy sources. Vestnik Novgorodskogo gosudarstvennogo universiteta – Vestnik NovSU, Issue: Engineering Sciences, 2021, no. 2(123). pp. 31-35. doi: https://doi.org/10.34680/2076-8052.2021.2(123).31-35Kuzmin E.V., Platonov S.V., Bichurin M.I. et аl. The study of microwave range energy harvesting device // J. of Physics: Conf. Series. 2019. Vol.1352. Article number: 012029. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1352/1/012029Kuzmin E.V., Platonov S.V., Bichurin M.I., Khavanova M.A., Nikitin A.O., Petrov R.V. The study of microwave range energy harvesting device. Journal of Physics: Conference Series. Electronic edition, 2019, ser. 1352, art. No. 012029. doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1352/1/012029Сулейманов А.И., Саидов О.А. Магнитоупругий эффект при симметричном изгибе с вращением // Мониторинг. Наука и технологии. 2013. №2. Ст.12.Suleimanov A.I., Saidov O.A. Magnitouprugiy effekt pri simmetrichnom izgibe s vrashcheniyem [Magnetoelastic effect at symmetric rotational bending]. Monitoring. Nauka i tekhnologii – Monitoring. Science and Technology, 2013, no. 2, art. no. 12.Акулов Н.С., Гельфейнбейн А., Бычков Н. Влияние упругих напряжений на ход кривой намагничивания // ЖЭТФ. 1933. Т.3. Вып.1. С.53-58.Akulov N.S., Gelfenbein A. Vliyaniye uprugikh napryazheniy na khod krivoy namagnichivaniya [Influence of elastic stresses on the course of the magnetization curve]. Zhurnal eksperimental'noy i teoreticheskoy fiziki – Journal of Experimental and Theoretical Physics, 1933, vol. 3, no. 1.Petrov R.V., Petrov V.M., Bichurin M.I. et аl. Modeling of dimensionally graded magnetoelectric energy harvester // JMMM. 2015. Vol.383. P.246-249. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2014.10.145Petrov R.V., Petrov V.M., Bichurin M.I., Zhou Y., Priya S. Modeling of dimensionally graded magnetoelectric energy harvester. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2015, vol. 383, pp. 246-249. doi:10.1016//jmmm.2014.10.145Petrov R.V., Kolesnikov N.A., Bichurin M.I. Magnetoelectric alternator // Energy Harvesting and Systems. 2016. Vol.3. Is.2. P.173-180. DOI: https://doi.org/10.1515/ehs-2015-0024Petrov R.V., Kolesnikov N.A., Bichurin M.I. Magnetoelectric alternator. Energy Harvesting and Systems, 2016, vol. 3, no. 2, pp. 173-180. doi: 10.1515/ehs-2015-0024Петров Р.В., Бичурин М.И. Магнитоэлектрический преобразователь энергии // Тр. междунар. конф. «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты», МКЭЭЭ 2016. Алушта, Крым, 19- 24 сентября 2016. С.117-118.Petrov R.V., Bichurin M.I. Magnitoelektricheskiy preobrazovatel' energii [Magnetoelectric energy converter]. Trudy mezhdunar. konf. “Elektromekhanika, elektrotekhnologii, elektrotekh-nicheskiye materialy i komponenty” – Proceedings of the International Conference “Electromechanics, Electrical Technologies, Electrical Materials and Components”, Alushta, Crimea, 2016, pp. 117-118.Bichurin M., Kolesnikov N., Petrov R., Aleksić S. Magnetoelectric energy source // Electrotechnica and Electronica. 2015. Vol.50. Issue 9-10. P.19-22.Bichurin M., Kolesnikov N., Petrov R., Slavoljub A. Magnetoelectric energy source. Electrotechnica and Electronica, 2015, vol. 50, no. 9-10, pp.19-22.Zhai J., Xing Z., Dong S. et аl. Magnetoelectric laminate composites: an overview // Journal of the American Ceramic Society. 2008. Vol.91. P.351-358. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2008.02259.xZhai J., Xing Z., Dong S., Li J., & Viehland D. Magnetoelectric laminate composites: an overview. Journal of the American Ceramic Society, 2008, vol. 91, pp. 351-358. doi: https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2008.02259.xYan B., Zhang C., Li L. Design and fabrication of a highefficiency magnetostrictive energy harvester for highimpact vibration systems // IEEE Trans. Magn. 2015. Vol.51. Article number: 8205404. DOI: https://doi.org/10.1109/TMAG.2015.2441295Yan B., Zhang C., Li L. Design and fabrication of a highefficiency magnetostrictive energy harvester for high-impact vibration systems. IEEE Trans. Magn., 2015, vol. 51, art. no. 8205404. doi: https://doi.org/10.1109/TMAG.2015.2441295Kita S., Ueno T., Yamada S. Improvement of force factor of magnetostrictive vibration power generator for high efficiency // J. Appl. Phys. 2015. Vol.117. P.17B508. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4907237Kita S., Ueno T., Yamada S. Improvement of force factor of magnetostrictive vibration power generator for high efficiency. J. Appl. Phys, 2015, vol. 117, 17B508, doi: https://doi.org/10.1063/1.4907237Shin D.J., Jeong S.J., Seo C.E. et al. Multi-layered piezoelectric energy harvesters based on PZT ceramic actuators // Ceram. Int. 2015. Vol.41 (S1). P.S686–S690.Shin D.J., Jeong S.J., Seo C.E., Cho K.H., Koh J.H. Multilayered piezoelectric energy harvesters based on PZT ceramic actuators. Ceram. Int., 2015, vol. 41 (S1), pp. S686–S690.Long Gu, Nuanyang Cui, Li Cheng et al. Flexible fiber nanogenerator with 209 V output voltage directly powers a light-emitting diode // Nano Lett. 2013. Vol.13 (1). P.91-94. DOI: https://doi.org/10.1021/nl303539cLong Gu, Nuanyang Cui, Li Cheng, Qi Xu, Suo Bai, Miaomiao Yuan, Weiwei Wu, Jinmei Liu, Yong Zhao, Fei Ma, Yong Qin, and Zhong Lin Wang. Flexible Fiber Nanogenerator with 209 V Output Voltage Directly Powers a LightEmitting Diode. Nano Lett., 2013, vol. 13 (1), pp. 91-94. doi: https://doi.org/10.1021/nl303539cNan C.-W., Bichurin M.I., Dong S. et al. Multiferroic magnetoelectric composites: historical perspectives, status, and future directions // J. Appl. Phys. 2008. Vol.103. P.031101. DOI: https://doi.org/10.1063/1.2836410Nan, C.-W., Bichurin, M.I., Dong, S., Viehland, D., Srinivasan, G. Multiferroic magnetoelectric composites: historical perspectives, status, and future directions. J. Appl. Phys. 2008, vol. 103, p. 031101. doi: https://doi.org/10.1063/1.2836410Петров Р.В., Колесников Н.А., Бичурин М.И. Устройство сбора энергии с применением магнитоэлектрических элементов // Фундаментальные исследования. 2015. №7- 4. С.712-717.Petrov R.V., Kolesnikov N.A., Bichurin M.I. Ustroystvo sbora energii s primeneniyem magnitoelektricheskikh elementov [Energy collection device using magnetoelectric elements]. Fundamental'nyye issledovaniya – Fundamental research, 2015, no. 7-4, pp. 712-717.Sujoy Kumar Ghosh, Krittish Roy, Hari Krishna Mishra et al. Rollable magnetoelectric energy harvester as a wireless iot sensor acs sustainable // Chemistry & Engineering. 2020. Vol.8 (2). P.864-873.Sujoy Kumar Ghosh, Krittish Roy, Hari Krishna Mishra, Manas Ranjan Sahoo, Biswajit Mahanty, Prakash Nath Vishwakarma, and Dipankar Mandal. Rollable Magnetoelectric Energy Harvester as a Wireless IoT Sensor ACS Sustainable. Chemistry & Engineering, 2020, vol. 8(2), pp. 864-873.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.