[發(fā)明專利]一種介電彈性體材料在發(fā)電機(jī)上的應(yīng)用

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810051699.9
• 申請(qǐng)日: 2008-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN101459390A
• 公開（公告）日: 2009-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄂世舉;朱喜林;高春甫;李曉梅;荊寶德;賀新升
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江師范大學(xué)
• 主分類號(hào): H02N1/00
• 分類號(hào): H02N1/00
• 代理公司: 吉林長春新紀(jì)元專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 魏征驥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電活化聚合物—介電彈性體、基于介電彈性體的 可變電容原理將其用于分布式發(fā)電領(lǐng)域。

背景技術(shù)

介電彈性體是在彈性體基質(zhì)的上下表面滲入屈從電極材料而形 成的、基于麥克斯韋效應(yīng)的一種新型功能材料，目前的研究主要集中 在驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域。目前的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理為電磁式，一般由風(fēng)輪、 發(fā)電機(jī)、調(diào)向器(尾翼)、塔架、限速安全機(jī)構(gòu)和儲(chǔ)能裝置等構(gòu)件組 成。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電能轉(zhuǎn)換的效率較低，發(fā)電成本高。對(duì)于風(fēng)場(chǎng)選址要 求較高，需常年有風(fēng)能提供的地區(qū)，一般遠(yuǎn)離市區(qū)，維護(hù)不方便，且 提高了送變電成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明將介電彈性體材料用于發(fā)電機(jī)領(lǐng)域，提供一種新型的分布 式發(fā)電機(jī)。本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：包括下列步驟：

一、采用變形量大的彈性體基質(zhì)；

二、屈從電極材料采用石墨，通過滲入工藝將石墨均布于該彈性 體基質(zhì)的上、下表面，形成介電彈性體材料，由此介電彈性體材料作 為可變電容裝置；

三、該可變電容裝置一端連接偏置電壓產(chǎn)生裝置、另一端連接電 壓輸出裝置；

四、固定支撐裝置與該可變電容裝置連接。

本發(fā)明一種實(shí)施方式是：在變形量為150％的范圍內(nèi)，受縮狀態(tài) 下的滲碳或石墨薄膜電極的厚度在20～50微米。

本發(fā)明一種實(shí)施方式是：介彈性體基質(zhì)采用丙烯酸彈性體。

本發(fā)明一種實(shí)施方式是：丙烯酸彈性體采用1～6層丙烯酸彈性體 薄膜復(fù)合、表面有突起的蜂窩狀變形結(jié)構(gòu)。

一種基于介電彈性體材料的發(fā)電機(jī)，固定支撐裝置與可變電容裝 置連接，可變電容裝置一端連接偏置電壓產(chǎn)生裝置，可變電容裝置另 一端電壓輸出裝置，該可變電容裝置的結(jié)構(gòu)是彈性體基質(zhì)的上端面、 下端面為滲碳或石墨薄膜電極。

本發(fā)明一種基于介電彈性體材料的發(fā)電機(jī)的一種實(shí)施方式是：在 變形量為150％的范圍內(nèi)，受縮狀態(tài)下的滲碳或石墨薄膜電極的厚度 在20～50微米。

本發(fā)明一種基于介電彈性體材料的發(fā)電機(jī)的一種實(shí)施方式是：彈 性體基質(zhì)采用丙烯酸彈性體。

本發(fā)明一種基于介電彈性體材料的發(fā)電機(jī)的一種實(shí)施方式是：丙 烯酸彈性體采用1～6層丙烯酸彈性體薄膜復(fù)合、表面有突起的蜂窩狀 變形結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的工作原理：當(dāng)發(fā)電機(jī)在外力作用下產(chǎn)生大變形、即大電 容狀態(tài)下，為其提供初始電壓，電荷注入到介電彈性體的滲碳或石墨 薄膜電極上(見圖1(a))；當(dāng)發(fā)電機(jī)收縮(見圖1(b))時(shí)，異性電荷 被推離，同性電荷被壓縮靠近，從而提高了電荷電壓，完成電能的轉(zhuǎn) 換。即發(fā)電機(jī)的一個(gè)伸展—收縮周期即為一個(gè)發(fā)電周期。產(chǎn)生的電能 可以存儲(chǔ)起來，或?yàn)樨?fù)載供電。

本發(fā)明的發(fā)電原理可簡化為圖1(a)、(b)所示，可變電容裝置 在伸展?fàn)顟B(tài)即大電容狀態(tài)下，電荷注入到介電彈性體的滲碳或石墨薄 膜電極上。當(dāng)在外力作用下緊縮弛豫即小電容時(shí)，彈性體材料的彈性 應(yīng)力抵抗電場(chǎng)力，提高了電能。從微觀上看，厚度增加時(shí)，由于異性 電荷被推離，同性電荷被壓縮靠近，提高了電荷電壓。可見，當(dāng)外力 作用在具有預(yù)加電壓的介電彈性體材料上使其變形時(shí)，通過電容的改 變即可發(fā)電，變形越大，發(fā)電能力越強(qiáng)。而介電彈性體材料的發(fā)電過 程即為介電彈性體材料的伸展與弛豫的交替過程。圖1(a)、(b)中 V_in為預(yù)加的偏置電壓，V(t)為介電彈性體材料的輸出電壓。

本發(fā)明通過捕獲大量的風(fēng)或海浪的運(yùn)動(dòng)等，進(jìn)而使介電彈性體材 料產(chǎn)生大的變形而發(fā)電。為此，采用變形量大的丙烯酸彈性體；在彈 性體的制造上，采用多層介電彈性體薄膜復(fù)合、有突起的蜂窩狀變形 結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增大薄膜型材料的表面積，以提高其變形量，見圖2。 屈從電極材料采用石墨，通過滲入工藝將石墨均布于丙烯酸彈性體薄 膜材料的上下表面，在變形量為150％的范圍內(nèi)，石墨電極受縮狀態(tài) 時(shí)的厚度在20至50微米范圍內(nèi)，保證在伸展?fàn)顟B(tài)下不會(huì)出現(xiàn)電極斷 裂。

本發(fā)明將介電彈性體材料用于發(fā)電領(lǐng)域，特別適于針對(duì)低頻、大 變形的能量源而發(fā)電的場(chǎng)合，如利用風(fēng)力及海浪運(yùn)動(dòng)而發(fā)電。