[發明專利]一種捕獲風能和聲能的摩擦納米發電機

有效

• 申請號: 202010581078.2
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111641347B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 吳永輝;王飛宇;鄭海務;王志新;王清林;張嘉偉
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04;F03D9/25;F03D1/06
• 代理公司: 鄭州豫乾知識產權代理事務所(普通合伙) 41161
• 代理人: 李保平

一種捕獲風能和聲能的摩擦納米發電機，涉及納米發電領域，包括風驅動摩擦納米發電裝置和聲音驅動摩擦納米發電裝置，風驅動摩擦納米發電裝置包括風車、三片附在風車上的聚四氟乙烯摩擦層和兩個互補的導電織物制成的叉指電極，聲音驅動摩擦納米發電裝置包括聚偏氟乙烯?三氟乙烯納米纖維膜本發明通過風驅動摩擦納米發電裝置捕獲風能，本發明在聲音驅動摩擦納米發電裝置中以靜電紡聚偏氟乙烯?三氟乙烯納米纖維膜作為摩擦層來捕獲聲音能量，并且通過導電織物作為共用電極將風驅動摩擦納米發電裝置和聲音驅動摩擦納米發裝置有機的結合起來，不僅有利于分析風驅動摩擦納米發電裝置與聲音驅動摩擦納米發裝置之間的耦合效應，而且可以提高其輸出性能。

技術領域

本發明涉及納米發電領域，具體涉及一種捕獲風能和聲能的摩擦納米發電機。

背景技術

摩擦起電是自然界中最常見的一種現象之一，但摩擦起電又很難被收集和利用，因此往往被忽視。摩擦納米發電機(TENG)作為一種新興的能量捕獲技術，以麥克斯韋方程導出的位移電流為主導，通過摩擦起電與靜電感應的耦合捕獲機械能并將其轉換為電能。當兩種不同的材料相接觸時，它們的表面由于極性的不同會產生正負靜電荷，當兩種材料由于機械力的作用分離時，接觸起電產生的正負電荷也會分離，這種電荷分離會相應的在材料的上下電極上產生感應電勢差，如果在兩個電極之間接入負載或者處于短路狀態，這個感應電勢差會驅動電子通過外電路在兩個電極之間流動從而實現“摩擦發電”。雖然TENG輸出電流較低，但它的具有輸出電壓高、重量輕、成本低、材料選擇多樣等特點。TENG在可穿戴電子器件、物聯網、環境、基礎設施、醫療、安全等領域具有一定的應用前景。

風能和聲波能源作為我們日常生活中常見的能源，由于其可再生性、豐富性和清潔性等優點，已經引起了大家的關注。通過TENG技術捕獲風能和聲能對于構建自驅動系統具有一定的潛在應用價值。目前已經設計了多種捕獲風能和聲能的器件，但是大多是單獨捕獲風能或聲能的器件，即使有同時捕獲風能和聲能的器件，它的輸出效果也很弱，缺乏同時捕獲風能和聲能的器件。因此設計出一種合理的能夠同時捕獲風能和聲能的器件并且還能有效地提高它的電輸出具有的極其重要的意義。

發明內容

為解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種捕獲風能和聲能的摩擦納米發電機。

技術方案為：包括風驅動摩擦納米發電裝置和聲音驅動摩擦納米發電裝置；風驅動摩擦納米發電裝置包括風車、三片附在所述風車上的聚四氟乙烯摩擦層和兩個互補的導電織物制成的叉指電極，兩個導電織物粘貼到圓盤上并通過小縫隙隔開形成叉指電極，叉指電極作為風驅動摩擦納米發電裝置的其中一個摩擦層表面，三片聚四氟乙烯摩擦層附著在風車的邊緣，并以等角度沿叉指電極徑向排列形成風驅動摩擦納米發電裝置的另一個摩擦層表面；聲音驅動摩擦納米發電裝置包括聚偏氟乙烯-三氟乙烯納米纖維膜和粘貼在叉指電極上的間隔物墊片，將聚偏氟乙烯-三氟乙烯納米纖維膜作為摩擦層貼在兩個導電織物之間形成聲音驅動摩擦納米發電裝置的上電極，位于下層的導電織物作為聲音驅動摩擦納米發電裝置的底電極。

優選地，風車直徑為28cm。

優選地，聚四氟乙烯摩擦層采用扇形。

優選地，叉指電極間縫隙的大小為1mm。

優選地，圓盤的外徑為19cm，圓盤采用六個扇形部分組成，每個扇形部分的半徑為7cm，中心角為60°。

優選地，圓盤的材質為亞克力。

優選地，間隔物墊片位于上層的導電織物與聚偏氟乙烯-三氟乙烯納米纖維膜之間，間隔物墊片采用65μm厚的Kapton墊片。

本發明的有益效果：