一种收集水流能量的仿生水母型摩擦纳米发电机制造技术

本发明专利技术提出一种收集水流能量的仿生水母型摩擦纳米发电机，所述发电机包括防水悬浮外壳和多根可相互摩擦的触手；所述触手包括刚性摩擦触手和可形变的柔性摩擦触手；所述防水悬浮外壳内有防水腔；所述防水腔内设有与柔性摩擦触手和刚性摩擦触手相通的能量存储单元；所述能量存储单元可存储柔性摩擦触手、刚性摩擦触手相互摩擦时产生的电能；本发明专利技术高效利用空间，采用运动和固定触手的混合设计，使发电机具有更高的能量转换效率和输出能量密度，非常适合收集混乱水流或水浪的能量，具有结构简单、通用性强、易于推广等优点。

A bionic jellyfish friction nano generator for collecting water flow energy

【技术实现步骤摘要】
一种收集水流能量的仿生水母型摩擦纳米发电机
本专利技术涉及电子
，尤其是一种收集水流能量的仿生水母型摩擦纳米发电机。
技术介绍
由于化石能源的逐渐枯竭，各国大力发展清洁的可再生能源，如太阳能、风能、水能、生物质能等等。地球上的水资源丰富，海洋覆盖了地球表面的70%以上，海洋能量是一种重要的可再生清洁能源，但是目前只开发利用了极少部分的潮汐能，还有大量的海洋能量亟待开发。海浪波浪能作为海洋能量开发的一个重要方向，目前的主流技术都是基于电磁发电技术，但是电磁发电所需设备复杂，对海水环境要求高；同时电磁发电在较低的海水波动频率和任意运动模式下，其转换效率很低。2013年以来，出现了用摩擦纳米发电机收集水能的技术，主要包括水-固摩擦、固-固摩擦和混合技术。固-固摩擦是发展最早也是最成熟的技术，其能量转换效率高，制备方法简单，容易大面积制造。但是现有基于固-固摩擦收集海水能量的结构设计空间利用率较低，对海水运动方向要求较高，实用性低。如何优化纳米发电机结构设计，提高纳米发电机的能量转换效率和空间利用率，使其能够有效利用单位体积的海水能量，收集各个方向的谁能，提高其实用性，是一个研究方向。
技术实现思路
本专利技术提出一种收集水流能量的仿生水母型摩擦纳米发电机，高效利用空间，采用运动和固定触手的混合设计，使发电机具有更高的能量转换效率和输出能量密度，非常适合收集混乱水流或水浪的能量，具有结构简单、通用性强、易于推广等优点。本专利技术采用以下技术方案。一种收集水流能量的仿生水母型摩擦纳米发电机，所述发电机包括防水悬浮外壳和多根可相互摩擦的触手；所述触手包括刚性摩擦触手和可形变的柔性摩擦触手；所述防水悬浮外壳内有防水腔；所述防水腔内设有与柔性摩擦触手和刚性摩擦触手相通的能量存储单元；所述能量存储单元可存储柔性摩擦触手、刚性摩擦触手相互摩擦时产生的电能。所述柔性摩擦触手一端固定于防水悬浮外壳处；所述柔性摩擦触手与刚性摩擦触手相邻；所述柔性摩擦触手可在水流或水浪的驱动下形变并与刚性摩擦触手摩擦产生电能。所述刚性摩擦触手或柔性摩擦触手表面具有微结构；所述微结构在柔性摩擦触手与刚性摩擦触手摩擦时可强化摩擦生电的效率。所述微结构包括褶皱起伏结构、金字塔形结构、立方形结构、条形结构的一种或几种。所述柔性摩擦触手的端面可选形状包括圆形、椭圆形、三角形、多边形。所述发电机用于收集自然水环境的水流能量；所述刚性摩擦触手一端固定于防水悬浮外壳处，且不会因自然水环境水流作用而发生肉眼可见的形变；所述柔性摩擦触手和刚性摩擦触手的数量和比例可以根据防水外壳的大小、水环境水流参数进行调整。所述防水腔内还可加装控制电路和传感器；所述发电机可通过改变防水腔内部结构来调节发电机在水中的悬浮深度。所述柔性摩擦触手的直径远小于刚性摩擦触手的直径；所述柔性摩擦触手包括内芯和柔性外皮；所述刚性摩擦触手包括内芯和刚性外皮；所述内芯为导电电极，所述导电电极的电极材料可以为碳材料、金属材料或合金导电材料中的一种或多种；所述碳材料为石墨、石墨烯或碳纳米管中的一种或多种；所述金属材料包括金、银、铝、铂、铜或镍中的一种或多种；所述柔性外皮为包裹内芯的柔性绝缘材料，所述柔性绝缘材料可以为聚甲基硅树脂、氨基硅树脂和氟硅树脂中的一种或几种；所述刚性外皮为包裹内芯的刚性绝缘材料，所述刚性绝缘材料可以为聚甲基硅树脂、氨基硅树脂和氟硅树脂中的一种或几种。所述柔性摩擦触手的直径在0.01mm-10mm之间，长度在1cm-1000cm之间，数量在1-1000之间；所述刚性摩擦触手的直径在1mm-20mm之间，长度在1cm-1000cm之间，数量在1-1000之间。所述柔性摩擦触手和刚性摩擦触手，其制备方法包括以下两种方法；方法A、先准备作为内芯的金属导线，然后将金属导线浸没在装有有机溶液的模具中，加热固化，直至形成完全包裹内芯金属导线的绝缘材料成型的外皮；方法B、先准备具有内空的管腔的绝缘材料件作为外皮，然后在管腔内填充导电材料形成内芯。所述防水悬浮外壳的形状可选半球形、椭球形或多面体形中的一种；所述防水悬浮外壳的材料可选聚甲基硅树脂、氨基硅树脂或氟硅树脂中的一种或多种。本专利技术高效利用产品空间，采用运动和固定触手的混合设计，使发电机具有更高的能量转换效率和输出能量密度，非常适合收集混乱水流或水浪的能量；具有结构简单、通用性强、易于推广等优点。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步详细的说明：附图1是本专利技术的示意图；附图2是本专利技术的触手结构剖面示意图；附图3是本专利技术的另一示意图；附图4是本专利技术工作于单向水流环境时的工作原理示意图；附图5是本专利技术工作于双向水流环境时的工作原理示意图；图中：1-防水悬浮外壳；2-柔性摩擦触手；3-刚性摩擦触手；4-内芯；5-微结构；6-柔性外皮；7-刚性外皮。具体实施方式如图1-5所示，一种收集水流能量的仿生水母型摩擦纳米发电机，所述发电机包括防水悬浮外壳1和多根可相互摩擦的触手；所述触手包括刚性摩擦触手3和可形变的柔性摩擦触手2；所述防水悬浮外壳内有防水腔；所述防水腔内设有与柔性摩擦触手和刚性摩擦触手相通的能量存储单元；所述能量存储单元可存储柔性摩擦触手、刚性摩擦触手相互摩擦时产生的电能。所述柔性摩擦触手一端固定于防水悬浮外壳处；所述柔性摩擦触手与刚性摩擦触手相邻；所述柔性摩擦触手可在水流或水浪的驱动下形变并与刚性摩擦触手摩擦产生电能。所述刚性摩擦触手或柔性摩擦触手表面具有微结构5；所述微结构在柔性摩擦触手与刚性摩擦触手摩擦时可强化摩擦生电的效率。所述微结构包括褶皱起伏结构、金字塔形结构、立方形结构、条形结构的一种或几种。所述柔性摩擦触手的端面可选形状包括圆形、椭圆形、三角形、多边形。所述发电机用于收集自然水环境的水流能量；所述刚性摩擦触手一端固定于防水悬浮外壳处，且不会因自然水环境水流作用而发生肉眼可见的形变；所述柔性摩擦触手和刚性摩擦触手的数量和比例可以根据防水外壳的大小、水环境水流参数进行调整。所述防水腔内还可加装控制电路和传感器；所述发电机可通过改变防水腔内部结构来调节发电机在水中的悬浮深度。所述柔性摩擦触手的直径远小于刚性摩擦触手的直径；所述柔性摩擦触手包括内芯4和柔性外皮6；所述刚性摩擦触手包括内芯4和刚性外皮7；所述内芯为导电电极，所述导电电极的电极材料可以为碳材料、金属材料或合金导电材料中的一种或多种；所述碳材料为石墨、石墨烯或碳纳米管中的一种或多种；所述金属材料包括金、银、铝、铂、铜或镍中的一种或多种；所述柔性外皮为包裹内芯的柔性绝缘材料，所述柔性绝缘材料可以为聚甲基硅树脂、氨基硅树脂和氟硅树脂中的一种或几种；所述刚性外皮为包裹内芯的刚性绝缘材料，所述刚性绝缘材料可以为聚甲基硅树脂、氨基硅树脂和氟硅树脂中的一种或几种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种收集水流能量的仿生水母型摩擦纳米发电机，其特征在于：所述发电机包括防水悬浮外壳和多根可相互摩擦的触手；所述触手包括刚性摩擦触手和可形变的柔性摩擦触手；所述防水悬浮外壳内有防水腔；所述防水腔内设有与柔性摩擦触手和刚性摩擦触手相通的能量存储单元；所述能量存储单元可存储柔性摩擦触手、刚性摩擦触手相互摩擦时产生的电能。/n

【技术特征摘要】
1.一种收集水流能量的仿生水母型摩擦纳米发电机，其特征在于：所述发电机包括防水悬浮外壳和多根可相互摩擦的触手；所述触手包括刚性摩擦触手和可形变的柔性摩擦触手；所述防水悬浮外壳内有防水腔；所述防水腔内设有与柔性摩擦触手和刚性摩擦触手相通的能量存储单元；所述能量存储单元可存储柔性摩擦触手、刚性摩擦触手相互摩擦时产生的电能。


2.根据权利要求1所述的一种收集水流能量的仿生水母型摩擦纳米发电机，其特征在于：所述柔性摩擦触手一端固定于防水悬浮外壳处；所述柔性摩擦触手与刚性摩擦触手相邻；所述柔性摩擦触手可在水流或水浪的驱动下形变并与刚性摩擦触手摩擦产生电能。


3.根据权利要求2所述的一种收集水流能量的仿生水母型摩擦纳米发电机，其特征在于：所述刚性摩擦触手或柔性摩擦触手表面具有微结构；所述微结构在柔性摩擦触手与刚性摩擦触手摩擦时可强化摩擦生电的效率。


4.根据权利要求3所述的一种收集水流能量的仿生水母型摩擦纳米发电机，其特征在于：所述微结构包括褶皱起伏结构、金字塔形结构、立方形结构、条形结构的一种或几种。


5.根据权利要求2所述的一种收集水流能量的仿生水母型摩擦纳米发电机，其特征在于：所述柔性摩擦触手的端面可选形状包括圆形、椭圆形、三角形、多边形。


6.根据权利要求1所述的一种收集水流能量的仿生水母型摩擦纳米发电机，其特征在于：所述发电机用于收集自然水环境的水流能量；所述刚性摩擦触手一端固定于防水悬浮外壳处，且不会因自然水环境水流作用而发生肉眼可见的形变；所述柔性摩擦触手和刚性摩擦触手的数量和比例可以根据防水外壳的大小、水环境水流参数进行调整。


7.根据权利要求1所述的一种收集水流能量的仿生水母型摩擦纳米发电机，其特征在于：所述防水腔内还可加装控制电路和传感器；...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈华民，王军，李伟启，
申请(专利权)人：闽江学院，
类型：发明
国别省市：福建;35