[發(fā)明專利]可重構(gòu)汽車振動能能量包及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010072136.9
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111277166B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蘇元捷;姚明亮;謝光忠;潘虹;陳春旭;龔祺琛;李炳宇;黎威志;太惠玲;杜曉松;蔣亞東
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04;H02N2/18
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡

本發(fā)明提供一種可重構(gòu)汽車振動能能量包及其制備方法和進(jìn)行機(jī)械振動能收集?存儲的方法，從上到下依次為鐵塊、上襯底、上金屬電極、負(fù)性摩擦材料層、鐵電材料層、正性摩擦材料層、下金屬電極、下襯底，負(fù)性摩擦材料層、鐵電材料層、正性摩擦材料層從上到下堆疊在一起構(gòu)成鐵電摩擦電耦合功能薄膜，摩擦材料層和金屬電極之間設(shè)有彈性支撐結(jié)構(gòu)，本發(fā)明利用正反面異號的摩擦電荷形成的電場將鐵電材料極化，而鐵電材料中的剩余極化將增強(qiáng)摩擦材料層的起電能力，使其表面帶有更多的摩擦電荷。該兩種效應(yīng)互相耦合增強(qiáng)，有效地提升了摩擦發(fā)電機(jī)輸出效率。該器件可通過結(jié)構(gòu)上的重構(gòu)分別實現(xiàn)能量收集和能量存儲這兩種功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及能量收集技術(shù)、微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)、電子聚合物功能材料領(lǐng)域，具體涉及一種可重構(gòu)汽車振動能能量包及其制備方法、以及利用所述可重構(gòu)汽車振動能能量包進(jìn)行機(jī)械振動能收集-存儲的方法。

背景技術(shù)

摩擦起電是日常生活中一種十分普遍的現(xiàn)象。它是指通過物體之間物理接觸中產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移過程，摩擦起電過程也是日常靜電的由來，摩擦電荷的形成依賴于接觸材料的摩擦電極性的差別。雖然摩擦起電這一普遍現(xiàn)象被人類認(rèn)識近千年的時間，但是其形成機(jī)制仍然沒有被完全研究清楚。目前，比較被認(rèn)同的一種解釋是，在兩種材料接觸的時候，在其接觸處部分位置形成了化學(xué)鍵。電荷從一種材料轉(zhuǎn)移到另一種材料以平衡兩者的電化學(xué)勢。結(jié)合摩擦起電和靜電感應(yīng)原理人們已經(jīng)制備了幾種不同的自供能傳感器。

傳統(tǒng)的能量收集技術(shù)主要基于靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)和壓電效應(yīng)。然而，已經(jīng)發(fā)明的靜電感應(yīng)、存在體積大，適用性窄等缺點，電磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)和壓電發(fā)電機(jī)則普遍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對材料有特殊要求和成本較高等缺陷。已發(fā)明的靜電脈沖發(fā)電機(jī)在小型化、輕量化及集成化方面有所不足，輸出功率密度較小，不能滿足對人體運動等生物機(jī)械能收集的需要。此外，當(dāng)前的能量收集器件僅僅用于能量收集和轉(zhuǎn)化，還不能同時實現(xiàn)一體化能量收集-存儲雙重功能。因此，很有必要設(shè)計開發(fā)一種能夠同時實現(xiàn)振動能能量收集-存儲的結(jié)構(gòu)單元。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于給出一種可重構(gòu)汽車振動能能量包及其制備方法、以及利用所述可重構(gòu)汽車振動能能量包進(jìn)行機(jī)械振動能收集-存儲的方法。該能量收集單元制備工藝步驟簡單，加工成本低，體積小，重量輕，柔韌性好，可大批量生產(chǎn)。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種可重構(gòu)汽車振動能能量包，從上到下依次為鐵塊8、上襯底11、上金屬電極21、負(fù)性摩擦材料層3、鐵電材料層4、正性摩擦材料層5、下金屬電極22、下襯底12，所述負(fù)性摩擦材料層3、鐵電材料層4、正性摩擦材料層5從上到下堆疊在一起構(gòu)成鐵電摩擦電耦合功能薄膜，負(fù)性摩擦材料層3上表面和上金屬電極21之間設(shè)有彈性支撐結(jié)構(gòu)6，正性摩擦材料層5下表面和下金屬電極22之間設(shè)有彈性支撐結(jié)構(gòu)6，上金屬電極21、下上金屬電極22均通過引線7接地，上、下金屬電極用于摩擦起電和導(dǎo)電輸出；負(fù)性摩擦材料層3材料的得電子能力強(qiáng)于正性摩擦材料層5材料的得電子能力，金屬電極的得電子能力在這兩種材料之間。

作為優(yōu)選方式，負(fù)性摩擦材料層3為鐵氟龍或聚氟乙烯或聚氯乙烯。

作為優(yōu)選方式，正性摩擦材料層5為尼龍、或聚氨酯、或氟化鎂。

作為優(yōu)選方式，鐵電材料層4材料選自鈦酸鋇、磷酸二氫鉀、鈦酸鍶鋇、鈮酸鉀鈉其中的一種。

作為優(yōu)選方式，上金屬電極21、下金屬電極22采用鋁、或金或氧化銦錫導(dǎo)電玻璃(ITO)制備。

作為優(yōu)選方式，鐵電材料層4為厚度為100nm～200nm的薄膜。

作為優(yōu)選方式，上金屬電極21、下金屬電極22厚度范圍為30-70微米。

作為優(yōu)選方式，上金屬電極21、下金屬電極22為單電極結(jié)構(gòu)。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提供一種上述的可重構(gòu)汽車振動能能量包的制備方法，包括以下步驟：