一种风能摩擦纳米发电机制造技术

一种风能摩擦纳米发电机，包括至少一个发电装置，每一个发电装置中，顶部摩擦发电组件和底部摩擦发电组件相对设置、且顶部摩擦发电组件和底部摩擦发电组件之间形成通风通道；抖动模块安装于通风通道内，当风通过通风通道时驱动抖动模块抖动，以使抖动模块与顶部摩擦发电组件以及底部摩擦发电组件之间产生摩擦起电和静电感应耦合效应。每一个周期性接触‑分离式的风能摩擦纳米发电机单元能够收集风力环境中的机械能并转换成有用的电能。利用外围电路和整流桥将风能摩擦纳米发电机阵列并联，能够增加发电装置的输出电流。在外接负载的阻抗匹配的条件下，优化发电装置阵列的输出功率，提高其工作的持久性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种风能摩擦纳米发电机,属于纳米发电

技术介绍
摩擦纳米发电机(TENG)是美国佐治亚理工学院的Z. L. Wang研究组在2012年研制出的一种新型发电机。TENG是一种利用摩擦起电和静电感应耦合效应将机械能转换成电能的装置，其工作方式与现有技术中已知的各种发电技术不同。风能不仅作为一种大自然和日常生活中最常见、来源最丰富、可靠性好、成本低廉、不需要燃料且环境友好的可再生性能源，也是一种用于驱动摩擦纳米发电机的重要能源。然而，在实现本专利技术的过程中，申请人发现目前尚未出现一种利用刚性镂空抖动模块与摩擦层之间周期性接触-分离而输出电信号的风能擦纳米发电机。因此，如何提供一种风能摩擦纳米发电机是本领域技术人员亟需解决的技术问题之一。
技术实现思路
本专利技术提供了一种风能摩擦纳米发电机，该风能摩擦纳米发电机能够利用风能驱动抖动模块来收集能量并转换成有用的电能，进而能够对日常环境中的风能进行收集并充分的利用。为达到上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一种风能摩擦纳米发电机，包括至少一个发电装置，其中，每一个所述发电装置包括顶部摩擦发电组件、底部摩擦发电组件、抖动模块，且：所述顶部摩擦发电组件和底部摩擦发电组件相对设置、且顶部摩擦发电组件和底部摩擦发电组件之间形成通风通道；所述抖动模块具有刚性镂空板状结构，且所述抖动模块与所述顶部摩擦组件之间通过弹性件连接，所述抖动模块与所述底部摩擦组件之间通过弹性件连接。所述抖动模块安装于所述通风通道内，当风通过所述通风通道时驱动所述抖动模块抖动，以使所述抖动模块与所述顶部摩擦发电组件以及底部摩擦发电组件之间产生摩擦起电和静电感应耦合效应。上述风能摩擦纳米发电机中，每一个发电装置中，当风通过通风通道时，抖动模块在风力吹动下发生抖动，抖动模块在抖动时与顶部摩擦发电组件以及底部摩擦发电组件之间产生摩擦，发生周期性接触-分离式运动，从而使抖动模块与顶部摩擦发电组件以及底部摩擦发电组件之间产生摩擦以及静电感应耦合效应，进而收集风能并将其转换成有用的电能。因此，上述风能摩擦纳米发电机发电时其抖动模块通过风能进行驱动，能够利用风能进行摩擦发电。优选地，所述抖动模块包括第一电极部、第一连接部和第二电极部，其中，沿所述顶部摩擦发电组件朝向底部摩擦发电组件的方向，所述第一电极部位于所述第一连接部朝向所述顶部摩擦发电组件的一侧，所述第二电极部位于所述第一连接部朝向所述底部摩擦发电组件的一侧，且所述第一连接部设有多个贯穿其厚度方向的用于风通过的镂空孔；当所述抖动模块抖动时，所述第一电极部用于与顶部摩擦发电组件摩擦配合，所述第二电极部用于与底部摩擦发电组件摩擦配合。优选地，沿所述通风通道的延伸方向，所述第一电极部位于所述第一连接部的一侧，且所述第二电极部位于所述第一连接部的另一侧，所述第一电极部与所述第一连接部连接的部位与所述顶部摩擦发电组件之间设有所述弹性件，且所述第二电极部与所述第一连接部连接的部位与所述底部摩擦发电组件之间设有所述弹性件。优选地，所述抖动模块包括依次连接的第三电极部、第二连接部、第四电极部、第三连接部、第五电极部以形成“几”字形结构，其中，所述第二连接部和第三连接部相对设置、且均设有多个镂空孔，其中：当所述抖动模块抖动时，所述第三电极部和第五电极部用于与底部摩擦发电组件摩擦配合，所述第四电极部用于与顶部摩擦发电组件摩擦配合。优选地，所述第三电极部和第五电极部与所述底部摩擦发电组件之间设有所述弹性件，所述第四电极部与所述顶部摩擦发电组件之间设有所述弹性件。优选地，所述第三连接部设有的镂空孔的总镂空面积与第四连接部设有的镂空孔的总镂空面积不同。由于抖动模块中的第三连接部设有的镂空孔的总镂空面积与第四连接部设有的镂空孔的总镂空面积不同，因此，进入通风通道的风在穿过第三连接部和第四连接部时受到的阻力不同，进而使风能够通过第三连接部和第四连接部的阻力差驱动抖动模块进行抖动。优选地，所述第三连接部设有的镂空孔的数量与第四连接部设有的镂空孔的数量相同，且所述第三连接部上设置的镂空孔在所述第四连接部朝向所述第三连接部一侧表面上的投影与所述第四连接部设置的镂空孔之间不完全重叠。第三连接部上设置的镂空孔在第四连接部朝向第三连接部一侧表面上的投影与第四连接部设置的镂空孔之间不完全重叠，则进入通风通道内的风在穿过第三连接部和第四连接部时会对风产生阻挡，进而使风在穿过第三连接部和第四连接部时能够驱动抖动模块进行抖动。优选地，所述弹性件为弹簧、弹片、海绵、或者弹性橡胶件。优选地，每一个所述发电装置中：所述顶部摩擦发电组件包括沿所述顶部摩擦发电组件朝向底部摩擦发电组件方向依次排列的基底、由导电材料制备的第一缓冲层、由导电材料制备的第一导电层；所述抖动模块包括由高分子聚合物材料形成的第一摩擦层；所述底部摩擦发电组件包括沿所述顶部摩擦发电组件朝向底部摩擦发电组件方向依次排列的由导电材料制备的第二导电层、由导电材料制备的第二缓冲层、基底；或者，所述顶部摩擦发电组件包括沿所述顶部摩擦发电组件朝向底部摩擦发电组件方向依次排列的基底、由导电材料制备的第三导电层、由导电材料制备的第三缓冲层、由高分子聚合物制备的第二摩擦层；所述抖动模块包括沿所述顶部摩擦发电组件朝向底部摩擦发电组件方向依次排列的由导电材料制备的第四导电层、由导电材料制备的第四缓冲层、由高分子聚合物制备的绝缘层、由导电材料制备的第五缓冲层、由导电材料制备的第五导电层；所述底部摩擦发电组件包括沿所述顶部摩擦发电组件朝向底部摩擦发电组件方向依次排列的第三摩擦层、由导电材料制备的第六缓冲层、由导电材料制备的第六导电层、基底；这样，第三导电层、第二摩擦层、第四导电层配合可以形成第一发电单元，第五导电层、第三摩擦层、第六导电层配合可以形成第二发电单元，即，每一个发电装置能够具有第一发电单元和第二发电单元两个发电单元，通过两个发电单元并联的方式，增大风能摩擦纳米发电机的输出电流，进而提高发电装置对风能收集并转换成电能的效率。优选地，所述第一导电层、第二导电层、第三导电层、第四导电层、第五导电层以及第六导电层中，任意一层的厚度为5 nm ~ 1200 nm；所述第一缓冲层、第二缓冲层、第三缓冲层、第四缓冲层、第五缓冲层以及第六缓冲层中，任意一层的厚度为10 nm ~ 100 nm。优选地，所述第二摩擦层和/或第三摩擦层的厚度为1 μm ~ 200 μm。优选地，所述导电材料为金属材料、铟锡氧化物、导电碳材料或者石墨烯电极材料。优选地，所述导电碳材料为碳纳米管、碳纤维或者碳薄膜。优选地，所述金属材料为铝、铜、金、银、钛、钌、钯或者铂。优选地，所述第一导电层、第二导电层、第三导电层、第四导电层、第五导电层以及第六导电层中，任意一层的材料为铝材料；所述第一缓冲层、第二缓冲层、第三缓冲层、第四缓冲层、第五缓冲层以及第六缓冲层中，任意一层的材料为钛。优选地，所述高分子聚合物材料为聚四氟乙烯、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、再生纤维海绵、聚氨酯弹性体、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风能摩擦纳米发电机，其特征在于，包括至少一个发电装置，其中，每一个所述发电装置包括顶部摩擦发电组件、底部摩擦发电组件、抖动模块，且：所述顶部摩擦发电组件和底部摩擦发电组件相对设置、且顶部摩擦发电组件和底部摩擦发电组件之间形成通风通道；所述抖动模块具有刚性镂空板状结构，且所述抖动模块与所述顶部摩擦组件之间通过弹性件连接，所述抖动模块与所述底部摩擦组件之间通过弹性件连接；所述抖动模块安装于所述通风通道内，当风通过所述通风通道时驱动所述抖动模块抖动，以使所述抖动模块与所述顶部摩擦发电组件以及底部摩擦发电组件之间产生摩擦起电和静电感应耦合效应。

【技术特征摘要】
1.一种风能摩擦纳米发电机，其特征在于，包括至少一个发电装置，其中，每一个所述发电装置包括顶部摩擦发电组件、底部摩擦发电组件、抖动模块，且：所述顶部摩擦发电组件和底部摩擦发电组件相对设置、且顶部摩擦发电组件和底部摩擦发电组件之间形成通风通道；所述抖动模块具有刚性镂空板状结构，且所述抖动模块与所述顶部摩擦组件之间通过弹性件连接，所述抖动模块与所述底部摩擦组件之间通过弹性件连接；所述抖动模块安装于所述通风通道内，当风通过所述通风通道时驱动所述抖动模块抖动，以使所述抖动模块与所述顶部摩擦发电组件以及底部摩擦发电组件之间产生摩擦起电和静电感应耦合效应。2.根据权利要求1所述的风能摩擦纳米发电机，其特征在于，所述抖动模块包括第一电极部、第一连接部和第二电极部，其中，沿所述顶部摩擦发电组件朝向底部摩擦发电组件的方向，所述第一电极部位于所述第一连接部朝向所述顶部摩擦发电组件的一侧，所述第二电极部位于所述第一连接部朝向所述底部摩擦发电组件的一侧，且所述第一连接部设有多个贯穿其厚度方向的用于风通过的镂空孔；当所述抖动模块抖动时，所述第一电极部用于与顶部摩擦发电组件摩擦配合，所述第二电极部用于与底部摩擦发电组件摩擦配合。3.根据权利要求1所述的风能摩擦纳米发电机，其特征在于，所述抖动模块包括依次连接的第三电极部、第二连接部、第四电极部、第三连接部、第五电极部以形成“几”字形结构，其中，所述第二连接部和第三连接部相对设置、且均设有多个镂空孔，其中：当所述抖动模块抖动时，所述第三电极部和第五电极部用于与底部摩擦发电组件摩擦配合，所述第四电极部用于与顶部摩擦发电组件摩擦配合。4.根据权利要求1和2所述的风能摩擦纳米发电机，其特征在于，沿所述通风通道的延伸方向，所述第一电极部位于所述第一连接部的一侧，且所述第二电极部位于所述第一连接部的另一侧，所述第一电极部与所述第一连接部连接的部位与所述顶部摩擦发电组件之间设有所述弹性件，且所述第二电极部与所述第一连接部连接的部位与所述底部摩擦发电组件之间设有所述弹性件。5.根据权利要求3所述的风能摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第三电极部和第五电极部与所述底部摩擦发电组件之间设有所述弹性件，所述第四电极部与所述顶部摩擦发电组件之间设有所述弹性件。6.根据权利要求4所述的风能摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第三连接部设有的镂空孔的总镂空面积与第四连接部设有的镂空孔的总镂空面积不同。7.根据权利要求4所述的风能摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第三连接部设有的镂空孔的数量与第四连接部设有的镂空孔的数量相同，且所述第三连接部上设置的镂空孔在所述第四连接部朝向所述第三连接部一侧表面上的投影与所述第四连接部设置的镂空孔之间不完全重叠。8.根据权利要求1-7任一项所述的风能摩擦纳米发电机，其特征在于，每一个所述发电装置中：所述顶部摩擦发电组件包括沿所述顶部摩擦发电组件朝向底部摩擦发电组件方向依次排列的基底、由导电材料制备的第一缓冲层、由导电材料制备的第一导电层；所述抖动模块包括由高分子聚合物材料形成的第一摩擦层；所述底部摩擦发电组件包括沿所述顶部摩擦发电组件朝向底部摩擦发电组件方向依次排列的由导电材料制...

【专利技术属性】
技术研发人员：全祖赐，曾丽萍，陈经伟，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西;36