[發明專利]一種收集水霧產生電能的摩擦納米發電機及其加工方法

有效

• 申請號: 201911039512.8
• 申請日: 2019-10-29
• 公開（公告）號: CN110752765B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 陳云;鄺祎程;卜弋軒;侯茂祥;陳新;高健;劉強;張攬宇;張凱;賀云波;張勝輝;汪正平
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04;C25F3/02;B05D5/12;B05D7/24;B05D7/14
• 代理公司: 佛山市禾才知識產權代理有限公司 44379
• 代理人: 朱培祺;劉羽波

一種收集水霧產生電能的摩擦納米發電機及其加工方法，發電機包括平板電極、錐形電極以及用于連接外部負載的導線；所述平板電極為平面導體，其表面覆蓋有疏水介電層，且其表面設置有多個微通孔；所述錐形電極的表面通過親水修飾。本發明提出一種收集水霧產生電能的摩擦納米發電機及其加工方法，用于收集水霧中蘊含的表面能。

技術領域

本發明涉及納米發電領域，尤其涉及一種收集水霧產生電能的摩擦納米發電機及其加工方法。

背景技術

人類從原始社會走向現代文明，能源一直是推動社會發展的重要因數之一。但是，面對日益增加的能源消耗和過量使用化石燃料帶來的環境問題，如何在可持續發展的道路上越走越遠，開發清潔、綠色的新能源是全世界共同面臨的問題之一。

近年來，得益于半導體技術和納米技術的發展，通過這些新技術利用光電效應、熱電效應、壓電效應等新型方法收集能量的方式相繼問世，在一定程度上能夠解決用電器的供能問題。但是，機械能作為自然界普遍的能量存在形式之一，具有分布廣泛、規模巨大等特點，如何高效收集環境中的機械能是目前研究的重點。

2012年，王中林等人利用摩擦起電和靜電感應的耦合作用發明了摩擦納米發電機。這種發電機不僅能夠收集小尺度下的環境機械能例如人體運動、機械振動、旋轉、風能、雨滴和海浪等，還能作為測量相應機械運動狀態的自供能傳感器使用。納米摩擦發電機具有質量輕，制作成本低，使用壽命長等特點，具有廣闊的應用前景。

其中固-液式摩擦納米發電機是利用器件與水體摩擦改變器件表面的電荷平衡狀態從而產生感應電勢差和感應電流。對于收集海浪和雨滴等液體的能量，已經有了較成熟的收集方法。水霧作為液體的另一種廣泛存在的形式，蘊藏著巨大的能量潛力。但是，傳統的收集宏觀水體能量的方法并不適用于收集水霧中蘊含的能量。

發明內容

本發明的目的在于針對背景技術中的缺陷，提出一種收集水霧產生電能的摩擦納米發電機及其加工方法，用于收集水霧中蘊含的表面能。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一種收集水霧產生電能的摩擦納米發電機，發電機包括平板電極、錐形電極以及用于連接外部負載的導線；所述平板電極為平面導體，其表面覆蓋有疏水介電層，且其表面設置有多個微通孔；

所述錐形電極的表面通過親水修飾。

優選的，所述錐形電極為擁有錐度的錐形金屬導線，所述疏水介電層具備厚度。

優選的，所述平板電極為所述發電機的一個電極，多個所述錐形電極依次安裝在所述平板電極的所述微通孔中，且所有錐形電極并聯并與所述導線連接作為所述發電機的另一電極。

一種收集水霧產生電能的摩擦納米發電機的加工方法，包括制備摩擦納米發電機的過程如下：

制備所述錐形電極的步驟如下：

步驟S1：將等直徑的圓柱形金屬導線拉直，再切割成所需的長度；依次使用無水乙醇、稀鹽酸和去離子水超聲洗凈，再在干燥的氮氣流中干燥；

步驟S2：將步驟S1中制作得到的金屬導線固定在精密Z軸直線伺服運動平臺上，使金屬導線的軸線平行于Z軸直線運動平臺的運動方向；將金屬導線連接精密直流電源的正極，電解液連接直流電源的負極，金屬導線在運動平臺的驅動下不斷重復浸入-提出電解液的過程，直至金屬導線形成底部直徑小，頂部直徑大的錐形結構，然后對金屬導線的錐形結構的表面進行親水修飾；

步驟S3：將步驟S2中得到的金屬導線從精密Z軸直線伺服運動平臺取出，倒置后再裝上精密Z軸直線伺服運動平臺；利用浸漬提拉鍍膜的方法將金屬導線沒有進行電化學刻蝕的部分鍍上一層具有一定厚度的疏水介電層，然后在真空加熱爐中烘干，最后得到錐形電極。

優選的，包括制備平板電極的過程，步驟如下：