[發明專利]用于雨滴能收集的溫室薄膜基摩擦納米發電機及制備方法

有效

• 申請號: 202110309081.3
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113054865B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 平建峰;張琪;應義斌
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04;C08J7/12;C08J7/044;C08L23/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種用于雨滴能收集的溫室薄膜基摩擦納米發電機及制備方法。對基底和導電聚合物進行功能化改性，通過簡單的旋涂、刷涂等方式，即可實現二者之間的強附著，并且足夠薄的厚度能夠滿足透明度的要求，這樣成功制備了薄膜下電極。此外，還在超疏水改性薄膜的超疏水表面通過黏貼一根極細的銅膠帶，構建了薄膜上電極，構建具有高效輸出的基于超疏水改性溫室薄膜的，雙電極工作模式的摩擦納米發電機；在整體滿足透明度要求的前提下，制備了具有高的輸出性能的摩擦納米發電機，實現對環境中雨滴能的收集。本發明使用超疏水改性的薄膜構建的摩擦納米發電機相較于使用原始薄膜而言，輸出性能大幅提高，并且摩擦納米發電機的構建過程簡單易實現。

技術領域

本發明涉及了一種基于摩擦起電和靜電感應原理的摩擦納米發電機及其制備方法，尤其是涉及了利用溫室大棚薄膜作為摩擦電層材料，采用新型雙電極結構構建摩擦納米發電機及其制備方法，用于環境中的雨滴能收集。

背景技術

溫室種植是農業生產的典型形式之一，是由能透過短波長的太陽輻射的透明介質組成。覆蓋材料、骨架、栽培設施和控制溫室內部微氣候所需的技術設備是構成溫室的必備要素。其中，覆蓋在溫室骨架外的材料是溫室最重要的組成部分，通常包括塑料薄膜，玻璃和陽光板。它們在保護植物免受外部環境的影響上發揮重要作用，尤其在不合適植物生長的季節，進而大大提高了產量。現代溫室的高效運行需要滿足采暖、通風、灌溉、自動化控制等方面的供能需求。使用傳統供能方式易造成溫室氣體排放，加速全球變暖和環境退化的步伐，因此，在溫室的覆蓋材料上集成光電器件已經廣泛施行，其中光伏設備應用范圍最廣，但是通常受氣的限制。降雨是農業生產過程中非常普遍的自然現象，而光伏設備通常無法在這種天氣下工作，因此，需要一種新型的供能裝置，實現在雨天時的能量收集，并轉化為電能以供使用。

摩擦納米發電機(TENG)是基于摩擦起電和靜電感應的耦合作用，能夠實現環境中微小機械能的收集，這些機械能通常能量能量密度低、頻率低且難以感知，經常被人們忽略。因此，摩擦納米發電機的出現，為利用農業環境中的降雨現象而實現發電的過程提供了新思路，這種與雨水有關的能量可以彌補雨天光伏設備的無法發揮作用的遺憾。對于溫室來說，雨滴直接落在其覆蓋材料上，在雨滴與其接觸/分離的過程中會產生一次電能輸出。

但是對于現有的收集雨滴能的摩擦納米發電機而言，大多采用單電極的工作模式，該模式下對雨滴能的收集效率僅為其他幾種模式的一半，這是由于液- 固接觸時的界面屏蔽效應引起的，非常不利于摩擦電荷的轉移，進而造成輸出性能的下降。除此之外，對于雨滴能的收集需要精確調控液-固接觸界面的性質，即與液體接觸的固體表面特性需要精確調控，若固體表面不利于雨滴的快速滑落，則會造成低的輸出，若固體表面具備超疏水特性，雨滴能夠快速滑落，此時才會有高的輸出。綜上所述，現有報道的一些收集雨滴能的摩擦納米發電機的輸出效率均不是很高。

發明內容

為了解決背景技術中存在的問題，本發明提出了一種用于雨滴能收集的溫室薄膜基摩擦納米發電機及制備方法。

本發明的目的在于填補現有關于溫室的光伏設備在陰雨天無法實現高效工作的空白，利用超疏水的溫室薄膜作為摩擦電層材料，導電聚合物涂層作為薄膜下電極，銅膠帶作為薄膜上電極，以此構建摩擦納米發電機，用于環境中的雨滴能收集。

本發明采用的技術方案是：

一、一種用于雨滴能收集的溫室薄膜基摩擦納米發電機：

主要由超疏水改性膜、下電極和上電極構成，下電極布置在改性膜的下表面，上電極布置在改性膜的上表面(即超疏水表面)，改性膜的上表面為超疏水表面，下表面為親水表面。

所述的下電極和上電極通過電線引出連接到外部。

所述的摩擦納米發電機構建于溫室薄膜上，降雨時，當雨滴落一經接觸超疏水改性膜上表面的上電極時，通過接觸起電和靜電感應過程能夠產生持續的電輸出。