[發明專利]一種自激勵水滴摩擦納米發電機

在審

• 申請號: 202210574144.2
• 申請日: 2022-05-25
• 公開（公告）號: CN114844389A
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 羅洪春;趙磊
• 申請（專利權）人: 宜賓學院
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 栗改

本發明提出了一種自激勵水滴摩擦納米發電機，包括滴水起電組件和水滴摩擦納米發電機，滴水起電組件為改進的開爾文滴水起電機，改進的開爾文滴水起電機的一側設有水滴摩擦納米發電機，水滴摩擦納米發電機給予改進的開爾文滴水起電機初始電荷；改進的開爾文滴水起電機的正下方設有相匹配的電荷束縛層，所述電荷束縛層與改進的開爾文滴水起電機的電荷收集端電連接，電荷束縛層相當于一個環形電容可束縛大量的電荷，水滴從電荷束縛層滑落可感應出極性相同的大量電荷，極大增強水滴的能量輸出。本發明的極性是可以控制的，并且可以持續工作；電荷束縛層能夠儲存電荷，具有較高的能量轉化效率；結構簡單、成本低廉，有利于大規模生產。

技術領域

本發明涉及微納能源收集的技術領域，尤其涉及一種自激勵水滴摩擦納米發電機。

背景技術

水滴能量收集器作為新一代能量收集技術，以其結構簡單、重量輕、成本低、摩擦材料選擇多樣和較高的能量轉換效率等獨特優勢而備受關注。但是，水滴摩擦納米發電機的發展和應用受到以下因素的制約。1. 水滴的電荷密度小，限制了水滴摩擦納米發電機的輸出性能和實際應用。2. 水滴摩擦納米發電機一般是交流輸出。它們需要整流器或電源管理電路來驅動電子設備，這會導致額外的能量損失。因此，提高水滴電荷密度，實現直流輸出是水滴摩擦納米發電機實際應用面臨的挑戰。

申請號為202110255950.9的一種復合式水滴固液摩擦納米發電機，利用設置有出水口的容器實現水滴的流出或停止；將疏水性固體摩擦層設置于容器出水口的正下方，能夠保證容器內的水滴滴落在疏水性固體摩擦層表面，水滴沿疏水性固體摩擦層的表面下滑，使水滴帶電。采用疏水性固體摩擦層相比于普通的固體摩擦層能夠保證水滴完全流到下部的銅電極上，提高電輸出性能；帶電的水滴滑落至銅電極上時，銅電極為電的良導體，能夠將與固體摩擦層發生接觸帶電后滑落的水滴中的靜電能導出利用，可以進一步提高水滴摩擦納米發電機的能量轉換效率。但是，該發電機輸出的是交流電，需要整流電路，會帶來額外的電能損耗，同時輸出會隨著表面的污染而降低。

發明內容

針對目前的水滴摩擦納米發電機的電荷密度小，不能實現直流輸出的技術問題，本發明提出一種自激勵水滴摩擦納米發電機，通過水滴與水滴摩擦納米發電機摩擦起電的的原理給予改進的開爾文滴水起電機初始電荷，通過改進的開爾文滴水起電機給金屬電荷束縛層充電，從而可以使水滴感應出巨大的電荷量，并且實現直流輸出。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：一種自激勵水滴摩擦納米發電機，包括滴水起電組件和水滴摩擦納米發電機，所述滴水起電組件為改進的開爾文滴水起電機，改進的開爾文滴水起電機的一側設有水滴摩擦納米發電機，水滴摩擦納米發電機給予改進的開爾文滴水起電機初始電荷，控制水滴帶電極性的同時加快起電速度；所述改進的開爾文滴水起電機的正下方設有相匹配的電荷束縛層，所述電荷束縛層與改進的開爾文滴水起電機的電荷收集端電連接，電荷束縛層相當于一個環形電容可束縛大量的電荷，水滴從電荷束縛層滑落可感應出極性相同的大量電荷，極大增強水滴的能量輸出。

優選地，水滴與水滴摩擦納米發電機摩擦后帶電，帶電的水滴掉入改進的開爾文滴水起電機的電荷收集端的金屬漏斗，由于靜電屏蔽，金屬漏斗的電荷會瞬間導走到外面的第一金屬環，使改進的開爾文滴水起電機開始工作；改進的開爾文滴水起電機電飽和后，把多余的電荷給予環狀的電荷束縛層；電荷束縛層相當于一個固定電容C，達到電荷飽和后斷開與改進的開爾文滴水起電機的電荷收集端的連接也不會影響電荷束縛層中的電荷；水滴流過電荷束縛層，感應出與其極性相同的電荷，水滴電荷增強的同時實現直流輸出。

優選地，所述改進的開爾文滴水起電機包括水槽，所述水槽兩側的下方分別設有第一感應環和第二感應環，第一感應環的正下方設有第一電荷收集端，第二感應環的正下方設有第二電荷收集端，第一電荷收集端與第二感應環電連接，第二電荷收集端與第一感應環相連接；所述第一感應環的輸出口和第一電荷收集端的輸入口之間設有水滴摩擦納米發電機。