課程資訊
課程名稱
壓電振動能量擷取導論
Introduction to Piezoelectric Energy Harvesting 
開課學期
112-2 
授課對象
重點科技研究學院  奈米工程與科學博士學位學程  
授課教師
舒貽忠 
課號
AM5007 
課程識別碼
543 U5460 
班次
 
學分
3.0 
全/半年
半年 
必/選修
選修 
上課時間
星期三7,8,9(14:20~17:20) 
上課地點
應113 
備註
總人數上限:54人 
 
課程簡介影片
 
核心能力關聯
核心能力與課程規劃關聯圖
課程大綱
為確保您我的權利,請尊重智慧財產權及不得非法影印
課程概述

能量擷取乃是將環境中潛在能源轉化為電能,並加以儲存、利用之技術。隨著低功率消耗電路的開發,能量擷取技術已是自我供電系統中不可或缺的一環。本課程將簡介壓電振動能量轉換儲存系統,即利用環境中的轉動或震動等動能,透過壓電能量擷取器,將機械振動能轉換為電能並加以儲存。一個完整的壓電能量擷取系統,大致上可分為高效能傳遞能量的振動子、高機電轉換之壓電材料與能量儲存電路等三個主要部分。因此本課程內容涵蓋了壓電力學與材料、振動、控制與電力電子等,將以基本觀念學習為主,並配合壓電模擬軟體(COMSOL,MULTIPHYSICS)與電路軟體 (PSpice) 教學,以加強整體觀念。故會從頭教起,因此非常歡迎大學部與研究所同學選修本課程。

另外有兩個新的主題想在課堂分享。一是壓電感測元件電壓時域轉頻率域的訊號處理,並搭配卷積神經網路分類器,進行結構或設備狀態監控。二是摩擦式奈米發電機 (Triboelectric Nanogenerator,TENG),其原理與壓電貼片感測元件有類似之處,因此若時間允許將作初步介紹。 

課程目標
對壓電振動能量擷取有一統合性認識與掌握。
 
課程要求
待補 
預期每週課後學習時數
 
Office Hours
另約時間 備註: 聯繫方式: 舒貽忠老師 (應力館 216): 3366-5627, Email: yichung@iam.ntu.edu.tw 
指定閱讀
待補 
參考書目
1. A. Erturk and D. J. Inman. Piezoelectric Energy Harvesting, Wiley, 2011. (台大總圖藏書,有PDF檔案可供下載)
2. J. Yang. An Introduction to the Theory of Piezoelectricity, Springer, 2005. (有PDF檔案可供下載)

 
評量方式
(僅供參考)
 
No.
項目
百分比
說明
1. 
作業、平時測驗 
100% 
 
 
課程進度
週次
日期
單元主題
第1週
2/21  Course description and requirements 
第2週
2/28  228 Peace Memorial Day 
第3週
3/06  introduction to one DOF model of a piezoelectric energy harvester, short-/open-circuit resonance, peak power output and optimal working conditions 
第4週
3/13  Divergence Theorem, Coulomb's Law, electric field, electric potential, example solving electric field  
第5週
3/20  Gauss's Law (including its derivation), conductors (type I and type II), examples 
第6週
3/27  example of shielding effect , electric dipole moment, Gauss's Law (dielectrics), examples 
第7週
4/03  Capacitance (single and double conductors), measurement of ferroelectric hysteresis 
第8週
4/10  electrostatic energy, capacitance matrix is positive definite, V-Q-X relation in triboelectric nanogenerator (TENG)  
第9週
4/17  Tensorial properties of materials, dielectric tensor as an example of 2-tensor: definition, matrix representation between different bases, tensor product 
第10週
4/24  strain tensor and geometric interpretation, traction and stress tensor, equation of motion  
第11週
5/01  constitutive relation in elasticity (4-tensor), minor, major and material symmetries, complete formulation in elasticity 
第12週
5/08  direct/converse piezoelectric effect, piezoelectric constitutive relation (4 forms) 
第13週
5/15  COMSOL practice