柔性薄膜发电机制造技术

本发明专利技术公开了柔性薄膜发电机，所述柔性薄膜发电机包括：安装架；第一摩擦单元，所述第一摩擦单元设在所述安装架上，所述第一摩擦单元包括第一塑料薄膜层以及设在所述第一塑料薄膜层上的第一电极层；和第二摩擦单元，所述第二摩擦单元设在所述安装架上，所述第二摩擦单元包括第二塑料薄膜层以及设在所述第二塑料薄膜层上的第二电极层，其中所述第一塑料薄膜层与所述第二电极层配合或者所述第二塑料薄膜层与所述第一电极层配合，以便摩擦起电。根据本发明专利技术实施例的柔性薄膜发电机具有在低风速环境下输出功率高、能量利用率高、功率密度大等优点。

【技术实现步骤摘要】
柔性薄膜发电机
本专利技术涉及能量转化领域，具体地，涉及柔性薄膜发电机。
技术介绍
随着物联网(IoTs)应用中的无线传感器和便携式电子设备的快速发展，其供能问题亟待解决。电池因寿命、尺寸和维护等问题无法满足可持续的能源需求。因此，环境能量的收集技术具有极大的研究价值。在自然界各种各样的绿色能源中，风能因其分布的广泛性因而可被充分收集与利用，但传统的风力发电设备的主要缺点是体积大、重量大、器件结构复杂、启动风速高、低频效率低等，严重阻碍了其在弱风环境下工作的小型电子器件中的实际应用。自2012年以来，以美国佐治亚理工学院王中林教授为代表的研究团队专利技术了摩擦纳米发电机，其利用摩擦起电效应和静电感应效应二者的耦合效应把微小的非电能的能量转换为电能，具有广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的实施例提出一种柔性薄膜发电机。根据本专利技术实施例的柔性薄膜发电机包括：安装架；第一摩擦单元，所述第一摩擦单元设在所述安装架上，所述第一摩擦单元包括第一塑料薄膜层以及设在所述第一塑料薄膜层上的第一电极层；和第二摩擦单元，所述第二摩擦单元设在所述安装架上，所述第二摩擦单元包括第二塑料薄膜层以及设在所述第二塑料薄膜层上的第二电极层，其中所述第一塑料薄膜层与所述第二电极层配合或者所述第二塑料薄膜层与所述第一电极层配合，以便摩擦起电。根据本专利技术实施例的柔性薄膜发电机具有在低风速环境下输出功率高、能量利用率高、功率密度大的优点。可选地，所述第一塑料薄膜层为氟化乙烯丙烯共聚物薄膜层或氟化乙烯丙烯共聚物薄膜层，所述第二塑料薄膜层为氟化乙烯丙烯共聚物薄膜层或氟化乙烯丙烯共聚物薄膜层。可选地，所述第一塑料薄膜层的厚度为0.05毫米-0.15毫米，所述第二塑料薄膜层的厚度为0.05毫米-0.15毫米。可选地，所述第一电极层为银电极层，所述第二电极层为银电极层，所述第一电极层的厚度为80纳米-120纳米，所述第二电极层的厚度为80纳米-120纳米。可选地，所述安装架包括：架体；螺杆件，所述螺杆件穿设在所述架体上，所述架体抵靠在所述螺杆件的螺帽上；第一夹持件，所述第一夹持件套设在所述螺杆件上，所述第一摩擦单元的一部分夹持在所述第一夹持件与所述架体之间；第二夹持件和第三夹持件，所述第二夹持件和所述第三夹持件中的每一者套设在所述螺杆件上，所述第二摩擦单元的一部分夹持在所述第二夹持件与所述第三夹持件之间；和螺母，所述螺母螺纹配合在所述螺杆件上，所述螺母抵靠在所述第二夹持件和所述第三夹持件中的一者上。可选地，所述安装架进一步包括间隔件，所述间隔件、所述第一夹持件、所述第二夹持件和所述第三夹持件中的每一者沿所述螺杆件的长度方向可移动地套设在所述螺杆件上，其中所述间隔件在所述螺杆件的长度方向位于所述第一夹持件与所述第二夹持件和所述第三夹持件中的另一者之间。可选地，所述间隔件为多个，多个所述间隔件的在所述螺杆件的长度方向上的长度彼此相等或彼此不等。可选地，所述架体、所述第一夹持件、所述第二夹持件和所述第三夹持件中的每一者为矩形板。可选地，所述柔性薄膜发电机进一步包括：第一导线，所述第一导线夹持在所述第一电极层与所述架体和所述第一夹持件中的一者之间，所述第一导线与所述第一电极层电连接；和第二导线，所述第二导线夹持在所述第二电极层与所述第二夹持件和所述第三夹持件中的一者之间，所述第二导线与所述第二电极层电连接。可选地，所述柔性薄膜发电机进一步包括支架，所述支架包括竖直部以及设在所述竖直部上的水平部，所述柔性薄膜发电机包括多个所述安装架、多个所述第一摩擦单元和多个所述第二摩擦单元，其中多个所述安装架的一部分的所述架体设在所述水平部的第一端部上，多个所述安装架的其余部分的所述架体设在所述水平部的第二端部上，多个所述第一摩擦单元一一对应地设在多个所述安装架上，多个所述第二摩擦单元一一对应地设在多个所述安装架上，或者，所述柔性薄膜发电机进一步包括风向标，所述风向标包括固定部和旋转部，所述旋转部可旋转地设在所述固定部上，其中所述安装架设在所述旋转部上。附图说明图1是根据本专利技术实施例的柔性薄膜发电机的银电极层的扫描电镜图像；图2是根据本专利技术实施例的柔性薄膜发电机的局部结构示意图；图3是根据本专利技术实施例的柔性薄膜发电机的结构示意图；图4是根据本专利技术实施例的柔性薄膜发电机的结构示意图；图5是根据本专利技术实施例的柔性薄膜发电机的结构示意图；图6a-图6d是根据本专利技术实施例的柔性薄膜发电机的发电原理示意图；图7a是根据本专利技术实施例的柔性薄膜发电机的峰峰值功率密度-风速-摩擦单元间距的关系图；图7b是根据本专利技术实施例的柔性薄膜发电机的均方根功率密度-风速-摩擦单元间距的关系图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。下面参考附图描述根据本专利技术实施例的柔性薄膜发电机100。如图1-图5所示，根据本专利技术实施例的柔性薄膜发电机100包括安装架3、第一摩擦单元1和第二摩擦单元2。第一摩擦单元1设在安装架3上，第一摩擦单元1包括第一塑料薄膜层11以及设在第一塑料薄膜层11上的第一电极层12。第二摩擦单元2设在安装架3上，第二摩擦单元2包括第二塑料薄膜层21以及设在第二塑料薄膜层21上的第二电极层22。其中，第一塑料薄膜层11与第二电极层22配合或者第二塑料薄膜层21与第一电极层12配合，以便摩擦起电。由于第一摩擦单元1包括第一塑料薄膜层11、第二摩擦单元2包括第二塑料薄膜层21，因此第一摩擦单元1和第二摩擦单元2均为柔性。为了使本申请的技术方案更加容易被理解，下面以第二塑料薄膜层21与第一电极层12配合为例，参考图6a-图6d描述利用根据本专利技术实施例的柔性薄膜发电机100进行发电的过程。当风流动时，由于内外流区风速的变化和压力的差异，柔性的第一摩擦单元1和柔性的第二摩擦单元2会相互摆动，以便第二塑料薄膜层21和第一电极层12能够相互接触。在风力作用下，在一个摆动周期内第一摩擦单元1和第二摩擦单元2先后经历了接触状态(如图6a所示)、初始分离状态(如图6b所示)、最大分离状态(如图6c所示)和初始接触状态(如图6d所示)。如图6a所示，第二塑料薄膜层21和第一电极层12相互接触，第二塑料薄膜层21和第一电极层12的接触表面摩擦电荷转移，因此两个接触面产生电量相等但电性相反的电荷。由于第二塑料薄膜层21的绝缘性能，因此电荷将在第二塑料薄膜层21的表面停留一段时间。如图6b所示，当第一摩擦单元1和第二摩擦单元2开始分离时，第一摩擦单元1和第二摩擦单元2之间的电场将正电荷从第一电极层12驱动到第二电极层22，从而产生电流输出。当第一摩擦单元1和第二摩擦单元2处于最大分离状态时，流过外部电路的电流为零(如图6c本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性薄膜发电机，其特征在于，包括：/n安装架；/n第一摩擦单元，所述第一摩擦单元设在所述安装架上，所述第一摩擦单元包括第一塑料薄膜层以及设在所述第一塑料薄膜层上的第一电极层；和/n第二摩擦单元，所述第二摩擦单元设在所述安装架上，所述第二摩擦单元包括第二塑料薄膜层以及设在所述第二塑料薄膜层上的第二电极层，其中所述第一塑料薄膜层与所述第二电极层配合或者所述第二塑料薄膜层与所述第一电极层配合，以便摩擦起电。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性薄膜发电机，其特征在于，包括：
安装架；
第一摩擦单元，所述第一摩擦单元设在所述安装架上，所述第一摩擦单元包括第一塑料薄膜层以及设在所述第一塑料薄膜层上的第一电极层；和
第二摩擦单元，所述第二摩擦单元设在所述安装架上，所述第二摩擦单元包括第二塑料薄膜层以及设在所述第二塑料薄膜层上的第二电极层，其中所述第一塑料薄膜层与所述第二电极层配合或者所述第二塑料薄膜层与所述第一电极层配合，以便摩擦起电。


2.根据权利要求1所述的柔性薄膜发电机，其特征在于，所述第一塑料薄膜层为氟化乙烯丙烯共聚物薄膜层或氟化乙烯丙烯共聚物薄膜层，所述第二塑料薄膜层为氟化乙烯丙烯共聚物薄膜层或氟化乙烯丙烯共聚物薄膜层。


3.根据权利要求1所述的柔性薄膜发电机，其特征在于，所述第一塑料薄膜层的厚度为0.05毫米-0.15毫米，所述第二塑料薄膜层的厚度为0.05毫米-0.15毫米。


4.根据权利要求1所述的柔性薄膜发电机，其特征在于，所述第一电极层为银电极层，所述第二电极层为银电极层，所述第一电极层的厚度为80纳米-120纳米，所述第二电极层的厚度为80纳米-120纳米。


5.根据权利要求1所述的柔性薄膜发电机，其特征在于，所述安装架包括：
架体；
螺杆件，所述螺杆件穿设在所述架体上，所述架体抵靠在所述螺杆件的螺帽上；
第一夹持件，所述第一夹持件套设在所述螺杆件上，所述第一摩擦单元的一部分夹持在所述第一夹持件与所述架体之间；
第二夹持件和第三夹持件，所述第二夹持件和所述第三夹持件中的每一者套设在所述螺杆件上，所述第二摩擦单元的一部分夹持在所述第二夹持件与所述第三夹持件之间；和
螺母，所述螺母螺纹配合在所述螺杆件上，所述螺母抵靠在所述第二夹持件和所述第三夹持件中...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩勤锴，褚福磊，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11