[發明專利]基于摩擦發電的超低速水流能量采集裝置及采集方法

有效

• 申請號: 202011561945.2
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112615559B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 鄭成;徐德輝;荊二榮
• 申請（專利權）人: 廈門燁映電子科技有限公司
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04;B82Y40/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 余明偉

1.一種基于摩擦發電的超低速水流能量采集裝置，其特征在于，所述超低速水流能量采集裝置包括水流動能轉換模塊及超低頻能量采集模塊，所述水流動能轉換模塊位于所述超低頻能量采集模塊的一側，所述水流動能轉換模塊包括固定支架、水車車輪、中心軸及轉動撥片，所述中心軸與所述固定支架相連接，所述水車車輪穿設在所述中心軸上且可繞所述中心軸轉動，所述轉動撥片一端與所述水車車輪的周向邊緣相連接；所述超低頻能量采集模塊包括支撐架、彈性撥片及摩擦納米發電機，所述摩擦納米發電機位于所述支撐架上，所述摩擦納米發電機包括上摩擦層及下摩擦層，上摩擦層及下摩擦層與輸出導線電連接；所述彈性撥片位于所述摩擦納米發電機的上方，且一端與所述支撐架相連接，另一端在初始狀態下與摩擦納米發電機表面接觸；

當所述水車車輪在水流作用下轉動時，位于水車車輪上的轉動撥片拍打彈性撥片以使彈性撥片產生彈性變形，彈性撥片由于彈性勢能的作用向下運動拍打摩擦納米發電機，以使摩擦納米發電機的上摩擦層和下摩擦層之間發生接觸和分離循環，由此產生電能并輸出。

2.根據權利要求1所述的超低速水流能量采集裝置，其特征在于，所述固定支架高度可調，所述固定支架上設置有高度調節旋鈕。

3.根據權利要求1所述的超低速水流能量采集裝置，其特征在于，所述轉動撥片為多個，多個轉動撥片在所述水車車輪的周向邊緣均勻間隔分布。

4.根據權利要求1所述的超低速水流能量采集裝置，其特征在于，所述超低速水流能量采集裝置還包括底座，所述支撐架及固定支架均固定于所述底座上。

5.根據權利要求1所述的超低速水流能量采集裝置，其特征在于，上摩擦層和下摩擦層均包括導電材料層，且上摩擦層和下摩擦層中的至少一者還包括微納結構薄膜層，所述微納結構薄膜層為將蠶絲蛋白溶液噴涂在基底表面并經干燥而成，所述上摩擦層和下摩擦層之間通過間隔層相間隔。

6.根據權利要求5所述的超低速水流能量采集裝置，其特征在于，所述導電材料層的材質包括金、銀、銅、鋁及ITO導電玻璃中的任意一種或多種。

7.根據權利要求5所述的超低速水流能量采集裝置，其特征在于，所述基底包括聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺和聚四氟乙烯中的任意一種或多種，所述間隔層包括PDMS層。

8.根據權利要求5所述的超低速水流能量采集裝置，其特征在于，所述摩擦納米發電機的制備過程包括：

S1：將去離子水與蠶絲蛋白粉按預設比例混合并攪拌均勻以得到均勻穩定的蠶絲蛋白溶液；

S2：將得到的蠶絲蛋白溶液均勻噴涂到基底表面，基底另一表面固定有導電材料層；

S3：將噴涂有蠶絲蛋白溶液的基底放置于烘干箱中進行固化處理，并重復步驟S2和S3多次以得到導電材料層/基底/蠶絲蛋白薄膜；

S4：將得到的導電材料層/基底/蠶絲蛋白薄膜裁切成多個相同尺寸的導電材料層/基底/蠶絲蛋白薄片；

S5：將兩片導電材料層/基底/蠶絲蛋白薄片和導電材料層/基底薄片以及間隔層組裝成摩擦納米發電機，其中，間隔層位于中間，間隔層的兩個相對表面分別與導電材料層/基底/蠶絲蛋白薄片中的蠶絲蛋白和導電材料層/基底薄片中的基底固定。

9.根據權利要求8所述的超低速水流能量采集裝置，其特征在于，去離子水和蠶絲蛋白粉的質量百分比為20：1～50:1，每次噴涂的時間為5～10秒，在烘干箱內固化的溫度為70～100℃，導電材料層/基底薄片的厚度為100～150μm。

10.一種超低速水流能量采集方法，其特征在于，所述超低速水流能量采集方法基于權利要求1-9任一項所述的基于摩擦發電的超低速水流能量采集裝置進行，當水車車輪在水流作用下轉動時，位于水車車輪上的轉動撥片拍打彈性撥片以使彈性撥片產生彈性變形，彈性撥片由于彈性勢能的作用向下運動拍打摩擦納米發電機，以使上摩擦層和下摩擦層之間發生接觸和分離循環，由此產生電能并輸出。