[發明專利]一種基于石墨烯復合材料的自供電天線系統及制作方法

有效

• 申請號: 202010416002.4
• 申請日: 2020-05-16
• 公開（公告）號: CN111585021B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 劉歡;薛凱豪;白民宇;劉衛國;韓軍;趙季杰
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: H01Q1/50
• 分類號: H01Q1/50;H02N1/04;H02N1/00;H02J7/32
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明公開了一種基于石墨烯復合材料的自供電天線系統及制作方法，該天線系統包括天線模塊、發電模塊以及儲能模塊，其中天線模塊由金屬片表面貼合各向同性三維石墨烯構成，儲能模塊由三維石墨烯超級電容器和電源管理與控制模塊構成，發電模塊為正極片層與負極片層交替重疊而成的多層結構；發電模塊通過接觸分離起電與摩擦起電兩種機制共同作用產生電流并通過電極輸運到儲能模塊中進行存儲，進而為天線模塊供電；發電模塊中正極片層和負極片層的制備方法均為滴涂工藝，工藝簡單易實現。該天線系統可以通過外界振動獲取能量，內部發電供給天線系統,實現自供電，并且有著工藝簡單、成本低的優點。

技術領域

本發明屬于能量回收領域，具體涉及一種基于石墨烯復合材料的自供電天線系統及制作方法。

背景技術

天線是一種變換器，它把傳輸線上傳播的導行波，變換成在無界媒介中傳播的電磁波，或者進行相反的變換。有源微帶天線屬于天線的一種，其可以等效為一個諧振腔，在其諧振頻率附近即工作頻段內有較高的值，它具有體積小，重量輕，制造工藝簡單，容易實現等優點。我們在使用有源微帶天線的時候，必須為其供電，然而在某些特定情況下外部供電非常麻煩，比如野外；還有存儲易燃易爆物品的倉庫，由于特殊原因不便布線。在外部無法進行供電的情況下，我們迫切需要設計一個新的自供電天線系統，該系統能夠在無供電網絡的條件下從外界獲取能量，使其轉化為電能，進而給整個天線系統供電，實現在無供電網絡的情況下正常工作。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提供了一種基于石墨烯復合材料的自供電天線系統及制作方法，該天線系統可以在無供電網絡的條件下從外界獲取能量，使其轉化為電能，進而給整個系統供電。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種基于石墨烯復合材料的自供電天線系統，包括發電模塊、儲能模塊4和天線模塊5；所述發電模塊包括相對貼合并一端固定在儲能模塊4上形成懸臂梁結構的正極片層1和負極片層2交替重疊而成的多層結構，還包括最下面一個負極片層2背面組裝的質量塊3，其中制備正極片層1所使用的石墨稀溶液由二維石墨烯鱗片添加到無水乙醇中超聲震蕩而成；發電模塊通過正極片層1和負極片層2兩端電極引出導線與儲能模塊4連接；發電模塊通過正極片層1與負極片層2分離起電和摩擦起電兩種機制共同作用產生電流并通過正極片層1和負極片層2連接導線傳輸至儲能模塊4，進而為整個天線系統供電；

所述正極片層1的結構為正極基板1-1和一層附著在正極基板1-1上的石墨烯薄膜1-2組成；負極片層2的結構為負極基板2-1和一層附著在負極基板2-1上的摻雜有堿金屬鹽的碳納米管薄膜2-2組成；儲能模塊4由三維石墨烯超級電容器和電源管理與控制模塊構成，天線模塊5由金屬片表面貼合各向同性三維石墨烯構成。

所述發電模塊根據需要制備若干基本發電單元組合使用。

所述正極片層1和負極片層2的厚度均為50-500μm。

所述堿金屬鹽為氯化鈉或氯化鉀。

所述負極片層2的表面附著的碳納米管薄膜2-2加入堿金屬鹽后調節的碳納米管功函數的范圍為3eV-4.74eV。

所述儲能模塊4中的三維石墨烯超級電容器的容量為130-245F/g。

所述天線模塊5采用的金屬片材料為銅或鋁，金屬片上所貼合的各向同性三維石墨烯的厚度為9-30μm。

所述質量塊3的質量為0.1-1.2mg，采用密度大的材料。

所述的基于石墨烯復合材料的自供電天線系統的制作方法，包括以下步驟：

步驟一：制備正極片層；