[發(fā)明專利]一種具有狹縫效應(yīng)高效收集風(fēng)能的摩擦納米發(fā)電機(jī)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110820366.3
• 申請(qǐng)日: 2021-07-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113794396A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 應(yīng)義斌;代淑芬;李遜甲;平建峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H02N1/04
• 分類號(hào): H02N1/04;C08L1/28;C08K5/07;C08K5/21;C08J5/18;F03D5/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發(fā)明公開(kāi)了一種摩擦納米發(fā)電機(jī)。包括了具有狹縫效應(yīng)的風(fēng)艙、摩擦得電子層和羥乙基纖維素膜，風(fēng)艙具有入口端和出口端，風(fēng)艙的內(nèi)壁上側(cè)表面和下側(cè)表面分別固定粘附有一層電極和摩擦得電子層，風(fēng)艙在靠近入口端的中間設(shè)有一個(gè)水平布置的、垂直于風(fēng)向的支撐條，羥乙基纖維素膜的一端固定粘附在支撐條上，另一端向出口端自由延伸。本發(fā)明具有靈敏度高、效應(yīng)范圍高、制備簡(jiǎn)單的特性，且能保持長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作，利用狹縫效應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)低風(fēng)速的感知，能用于風(fēng)速傳感和風(fēng)能收集，為農(nóng)業(yè)傳感器供能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及了一種摩擦納米發(fā)電機(jī)，尤其涉及一種具有狹縫效應(yīng)高效收集風(fēng)能的摩擦納米發(fā)電機(jī)。

背景技術(shù)

風(fēng)能資源豐富、可再生、分布廣泛，在全球綠色能源中發(fā)揮著重要作用。由于風(fēng)力渦輪機(jī)技術(shù)得到廣泛研究，許多大型風(fēng)電場(chǎng)建成。在優(yōu)化條件下運(yùn)行的單個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)可以產(chǎn)生兆瓦的功率，但是這些機(jī)器只有在風(fēng)速超過(guò)3m/s時(shí)才有效。然而，環(huán)境中可用的風(fēng)是低速氣流，低于渦輪機(jī)的閾值速度。無(wú)處不在的環(huán)境風(fēng)能可以作為當(dāng)前小型便攜式電子設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)的有效微能源。由于傳統(tǒng)渦輪機(jī)無(wú)法有效地收集微風(fēng)能量，部分能量被白白浪費(fèi)了。同時(shí)，人們普遍認(rèn)為對(duì)微風(fēng)能量的收集是有限的，這可能是由于這些傳統(tǒng)的能量收集裝置在低速風(fēng)下的工作效率不理想。因此，迫切需要一種在低速風(fēng)下具有高效工作的裝置，為目前的微風(fēng)能量收集提出一種重要的方法。

最近，摩擦納米發(fā)電機(jī)(TENG)的發(fā)明提供了一種前所未有風(fēng)能收集方法。TENG可以有效地將環(huán)境中的微能量轉(zhuǎn)化為電能輸出，特別是低機(jī)械頻率的能源，如風(fēng)能、雨滴能和水波能。許多針對(duì)風(fēng)能收集的TENG已被報(bào)道，其中應(yīng)用了各種新穎的架構(gòu)和材料。然而，這些報(bào)告的重點(diǎn)是收集大于5m/s的高速風(fēng)能，并且這些設(shè)備的微風(fēng)能量收集是不可行的，因?yàn)檫@些設(shè)備的最低運(yùn)行速度閾值仍然相當(dāng)高。收集能量從溫和風(fēng)的低頻激勵(lì)來(lái)看，整個(gè)設(shè)備的材料和結(jié)構(gòu)需要系統(tǒng)地優(yōu)化以獲得倍頻輸出。因此需要對(duì)現(xiàn)有的TENG進(jìn)行材料和結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境中的低風(fēng)速風(fēng)能收集。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決背景技術(shù)中存在的問(wèn)題和填補(bǔ)空白，本發(fā)明所提供一種利用狹縫效應(yīng)和可拉伸羥乙基纖維素膜的倍頻振動(dòng)實(shí)現(xiàn)低風(fēng)速風(fēng)能高效收集的摩擦納米發(fā)電機(jī)(SE-TENG)。所設(shè)計(jì)的SE-TENG可以實(shí)現(xiàn)0.5-10m/s范圍內(nèi)風(fēng)速的感知，表明SE-TENG在低風(fēng)速能量收集方面的優(yōu)越性。

本發(fā)明SE-TENG的感知范圍比較廣，可以收集低至0.5m/s的風(fēng)能，可用于作為農(nóng)業(yè)環(huán)境中摩擦納米發(fā)電機(jī)，解決了傳統(tǒng)風(fēng)速傳感器需要外接供能設(shè)備技術(shù)問(wèn)題，對(duì)基于TENG的農(nóng)業(yè)環(huán)境中的自驅(qū)動(dòng)風(fēng)速感知具有重要的意義。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一、一種具有狹縫效應(yīng)的摩擦納米發(fā)電機(jī)：

每個(gè)摩擦納米發(fā)電機(jī)是包括了風(fēng)艙、摩擦得電子層和羥乙基纖維素膜，風(fēng)艙具有入口端和出口端，風(fēng)艙的內(nèi)壁上側(cè)表面和下側(cè)表面分別固定粘附有一層摩擦得電子層，風(fēng)艙在靠近入口端的中間設(shè)有一個(gè)水平布置的、垂直于風(fēng)向的支撐條，羥乙基纖維素膜的一端固定粘附在支撐條上，另一端向出口端自由延伸。

所述的風(fēng)艙的入口端連接一個(gè)喇叭形狀管道，風(fēng)艙的出口端連接有一個(gè)彎曲向上的管道。艙體的入口端設(shè)計(jì)成喇叭口，便于風(fēng)能的進(jìn)入，艙體中間部分相對(duì)于入口端變窄，可以利用狹縫效應(yīng)使SE-TENG的工作區(qū)間風(fēng)速變大，提高風(fēng)速檢測(cè)的靈敏度。

所述的摩擦得電子層采用采用聚四氟乙烯(Teflon)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亞胺(Kapton)、聚氯乙烯(PVC)、硅橡膠(Ecoflex)、聚乳酸(PLA)等材料中的一種。

所述的摩擦得電子層和風(fēng)艙內(nèi)壁之間粘附或鍍上一層導(dǎo)電材料作為電極。

所述的導(dǎo)電材料采用氧化銦錫膜(ITO)、銀納米線、銅、鋁等導(dǎo)電材料種的一種。

二、一種摩擦納米發(fā)電機(jī)的制備方法：

(1)通過(guò)3D打印加工出風(fēng)艙；