本发明专利技术利用具有周期性弯曲结构的摩擦发电装置，实现了对宽频机械能的有效收集。具体结构包括平板结构的第一部件和具有周期性弯曲结构并且能发生弹性形变的第二部件，其中所述第一部件包括第一电极层和贴合于所述第一电极层下表面的第一摩擦层，所述第二部件包括第二电极层，所述第一摩擦层的部分下表面和第二部件的部分上表面在没有外力的作用下呈周期性互相接触状态，并且在外力的作用下能够发生接触面积变化的表面摩擦，同时通过所述第一电极层和第二电极层向外电路输出电信号。本发明专利技术的重要应用在于对江河湖海中波涛能的收集以及水文分析。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于摩擦发电的电信号输出装置，尤其是一种包含周期性弯曲结构的电信号输出装置，以及该装置在液体机械能收集和水文分析中的应用。
技术介绍
摩擦起电现象虽然早就为人熟知，但是利用该效应成功进行发电则是在2012年摩擦纳米发电机被成功研发才开始的。这种发电机具有体积小、重量轻、成本低、易于制备、能量转化效率高、输出功率密度高等诸多优势，具有很广阔的应用前景。海水中蕴藏着巨大的能量，主要通过潮汐能和海浪能来体现。但是到目前为止，这些能量几乎完全没有被利用。原因是潮汐能和海浪能的频率很低，目前常用的电磁发电机无法有效对这样的低频机械能进行收集。同时，海水由于没有河道的限制，能量分布比较分散，需要大范围的铺设发电机，成本相当高。而且，海水的腐蚀对于构造精密的电磁发电系统造成了严重的威胁。因此，为了有效收集海水的能量，亟需开发一种全新的技术以取代目前使用电磁发电机的方案。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的是利用摩擦纳米发电机的优势，设计并制备出一种能够适用于大规模、低频能量，特别是海水能量收集的电信号输出装置，以及该装置的应用方法。为此，本专利技术首先提供一种电信号输出装置，包括平板结构的第一部件和具有周期性弯曲结构并且能发生弹性形变的第二部件，其中所述第一部件包括第一电极层和贴合于所述第一电极层下表面的第一摩擦层，所述第二部件包括第二电极层，所述第一摩擦层的部分下表面和第二部件的部分上表面在没有外力的作用下呈周期性互相接触状态，并且在外力的作用下能够发生接触面积变化的表面摩擦，同时通过所述第一电极层和第二电极层向外电路输出电信号；优选地，所述周期性弯曲结构为波浪结构；优选地，所述第二部件的上表面由所述第二电极层的上表面构成；优选地，所述第二部件还包含第二支撑层，所述第二支撑层的上表面完全贴合于所述第二电极层的下表面；优选地，制备所述第二支撑层的材料具有弹性形变的特性；优选地，制备所述第二支撑层的材料选自聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯:优选地，所述第二支撑层的厚度为50μηι-200μηι;优选地，还包括置于所述第二部件下方的第三部件，所述第三部件包括第三电极层和贴合于所述第三电极层上表面的第三摩擦层，所述第二部件还包含第四电极层，所述第二支撑层的下表面完全贴合于所述第四电极层的上表面，所述第四电极层的下表面和第三摩擦层的上表面在外力作用下能够发生接触面积变化的表面摩擦，并且通过所述第四电极层和第三电极层向外电路输出电信号；优选地，还包括置于所述第二部件下方的第三部件，所述第三部件包括第三电极层和贴合于所述第三电极层上表面的第三摩擦层，所述第二部件的下表面由所述第二电极层的下表面构成，并且在第二部件的下表面与第三部件的上表面发生接触面积变化的表面摩擦过程中，能够通过所述第二电极层和第三电极层向外电路输出电信号；优选地，所述第一摩擦层相对于第二电极层，与所述第三摩擦层相对于所述第二电极层，具有相同的摩擦电极序趋势；优选地，所述第一部件与第三部件之间的间距即为所述第二部件的厚度；优选地，通过固定件连接使所述第一部件与第三部件之间的位置相对固定；优选地，所述固定件为绝缘胶带，并且在所述第一部件和第三部件的边缘之间进行粘结；优选地，所述第一摩擦层和/或第三摩擦层为绝缘材料；优选地，所述第一摩擦层和/或第三摩擦层选自聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、苯胺甲醛树脂、聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、三聚氰胺甲醛、聚乙二醇丁二酸酯、纤维素、纤维素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、再生纤维素海绵、聚氨酯弹性体、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、聚酰胺尼龙11、聚酰胺尼龙66、羊毛及其织物、蚕丝及其织物、纸、人造纤维、棉及其织物、木头、硬橡胶、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯弹性体、聚氨酯柔性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、酚醛树脂、氯丁橡胶、丁二烯丙烯共聚物、天然橡胶、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-Co-丙烯腈)、聚乙烯丙二酚碳酸盐，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、醋酸酯、聚双苯酹碳酸酯、聚氯醚、聚三氟氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和派瑞林，包括派瑞林C、派瑞林N、派瑞林D、派瑞林HT或派瑞林AF4 ；优选地，所述第一摩擦层下表面的局部或全部和/或所述第三摩擦层上表面的局部或全部设有微纳结构；优选地,所述微纳结构选自自纳米线，纳米棒，纳米管，纳米锥，纳米颗粒，纳米沟槽，微米线，微米棒，微米管，微米锥，微米颗粒，微米沟槽，以及由上述结构组成的阵列；优选地，还包括第一支撑层和/或第三支撑层，所述第一支撑层固定在所述第一电极层的上表面，所述第三支撑层固定在所述第三电极层的下表面；优选地，所述第一电极层和第一支撑层之间，和/或，所述第三电极层和第三支撑层之间还设有辅助层；优选地，所述辅助层为聚二甲基硅氧烷；优选地，还包括封装结构，所述封装结构置于整个电信号输出装置的最外侧，用于密封。本专利技术还提供一种液体动能的收集方法，包括将前述电信号输出装置密封后固定在有液体流动经过的地方，并通过电信号输出端来收集电能。本专利技术还提供一种水文分析方法，包括将前述电信号输出装置密封后固定在有液体流动经过的地方，并对电信号输出端输出的电信号进行采集和分析。本专利技术所提供的电信号输出装置的优势在于:第一，使用了平板和周期性弯曲结构相结合的结构，并且具有周期性弯曲结构的第二部件能够发生弹性形变，其作用类似于弹簧，使得装置在受到冲击后能够发生弹性形变，并且在冲击撤销后可以恢复到原本的形状，由此将垂直于装置平面的力和位移转化为能够高效起电的平行于器件平面的滑动摩擦。第二，周期性弯曲结构的力学性质决定它的弹簧系数有非线性成分，这使得此电信号输出装置可以收集频率范围很宽的机械能。第三，本电信号输出装置具有重量小，灵活性强的特点，使它可以同时收集大规模和小规模的机械能。第四，在将装置密封后，它能够有效的收集水波的能量。第五，该电信号输出装置能够区分不同的水波触发模式，展现了其在水文分析领域的应用前景。【附图说明】通过附图所示，本专利技术的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按照实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于显示出本专利技术的主旨。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本专利技术。图1是本专利技术电信号输出装置的一种典型结构示意图；图2是本专利技术电信号输出装置的工作原理图；图3是本专利技术电信号输出装置的另一种典型结构示意图；图4是本专利技术电信号输出装置的另一种典型结构示意图；图5是本专利技术电信号输出装置的另一种典型结构示意图；图6是实施例1所示电信号输出装置的制备过程示意图；图7是实施例1所示电信号输出装置的电当前第1页1 2 3 4 5 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电信号输出装置，其特征在于，包括平板结构的第一部件和具有周期性弯曲结构并且能发生弹性形变的第二部件，其中所述第一部件包括第一电极层和贴合于所述第一电极层下表面的第一摩擦层，所述第二部件包括第二电极层，所述第一摩擦层的部分下表面和第二部件的部分上表面在没有外力的作用下呈周期性互相接触状态，并且在外力的作用下能够发生接触面积变化的表面摩擦，同时通过所述第一电极层和第二电极层向外电路输出电信号。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：温肖楠，杨维清，王中林，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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