一种三维密集摩擦纳米发电模块及系统技术方案

本发明专利技术提供一种三维密集摩擦纳米发电模块及系统。模块包括：外壳，所述外壳被设置为截角八面体；纳米球，所述纳米球被设置于外壳内部，其尺寸与所述外壳匹配，使得二者能够产生相对运动；摩擦电极，所述摩擦电机贴服于所述外壳的内表面，用于与所述纳米球相互摩擦产生电流。本发明专利技术摩擦纳米发模块的外壳设计为截角八面体形状，使单位空间内可放置的摩擦纳米发电单元数量达到最多，大大提高了系统的空间利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种三维密集摩擦纳米发电模块及系统
本专利技术涉及摩擦纳米发电机，具体而言，尤其涉及一种三维密集摩擦纳米发电模块及系统。
技术介绍
随着化石能源的快速消耗及电池技术发展的减速，基于摩擦电和静电感应原理的摩擦纳米发电机近年来发展迅猛，其具有制作工艺简单、材料便宜易得以及发电电压高及等特点，也因此成为未来收集环境能量向电能转换的重要选择。然而，目前摩擦纳米发电机的结构、性能还有极大的提升空间，因此寻找性能更加优越的摩擦纳米发电机也成为研究人员研究目标，实现这一目标的一种途径是对摩擦纳米发电机进行结构的优化。对于多个摩擦纳米发电机组成的摩擦纳米发电系统而言，提升空间利用率是提升摩擦纳米发电机的输出性能的解决方法之一。目前摩擦纳米发电机采用蜂窝结构进行了二维的密堆积以提高空间利用率。现有摩擦纳米发电机的外壳形状有：球体、蜂窝状等。当外壳为球体时，缺点有：摩擦纳米发电机之间无法固定或接触；单位空间内的摩擦纳米发电机数量较少。当外壳为蜂窝状时，虽然摩擦纳米发电单元之间可以固定或接触，但其单位空间内的摩擦纳米发电机数量依旧较少。
技术实现思路
根据上述提出的现有蜂窝结构及球体结构摩擦纳米发电机没有达到最大空间利用率的技术问题，而提供一种模块化三维密集摩擦纳米发电机，其具有可拓展特性，既能提高摩擦纳米发电机的空间利用率、又能实现摩擦纳米发电机的模块化工作。本专利技术采用的技术手段如下：一种三维密集摩擦纳米发电模块，包括：外壳，所述外壳被设置为截角八面体；纳米球，所述纳米球被设置于外壳内部，其尺寸与所述外壳匹配，使得二者能够产生相对运动；摩擦电极，所述摩擦电极贴服于所述外壳的内表面，用于与所述纳米球相互摩擦产生电流。进一步的，模块还包括连接电极，所述连接电极贴服于所述外壳的外表面，用于与其他发电模块进行电路连接。进一步的，所述壳体包括结构对称的上、下两部分，所述上下部分以第一平面分界，所述第一平面根据以下方式获取：以外壳的一个正方形面为底，将所述壳体水平放置，由上向下分别以不同水平面切割所述壳体，所得截面面积最大的水平面即为第一平面；在上、下部分所包含的、与所述第一平面相交的各平面上粘贴连接电极。进一步的，所述壳体包括结构对称的上、下两部分以及一个中间隔离部分，所述上部分与中间隔离部分以第二平面分界，所述下部分与中间隔离部分以第三平面分界；所述第二、第三平面根据以下方式获取：以外壳的一个正方形面为底，将所述壳体水平放置，由上向下分别以不同水平面切割所述壳体，首次使所得截面面积达到阈值的水平面即为第二平面，继续由上向下分别以不同水平面切割所述壳体，二次使所得截面面积达到阈值的水平面即为第三平面；在上部分所包含的、与所述第二平面垂直的各平面上粘贴连接电极；在下部分所包含的、与所述第三平面垂直的各平面上粘贴连接电极。进一步的，在所述外壳上，任选一对正方形表面，在此正方形表面上设置气口，使得气流能够从一个正方形表面上的气口进入所述壳体内部，并从另与之相对的另一个正方形表面上的气口流出。一种摩擦纳米发电系统，由上述的三维密集摩擦纳米发电模块堆叠构成，各摩擦纳米发电模块外壳通过连接电极紧密接触构成等势体；增加负载时，负载的一端通过导线连接在任意一个摩擦纳米发电模块的任意的连接电极，负载的另一端连接大导体或接地充当电子源。一种摩擦纳米发电系统，由上述的三维密集摩擦纳米发电模块堆叠构成，各摩擦纳米发电模块外壳通过连接电极紧密接触构成等势体，其中某一摩擦纳米发电模块的连接电极只能与同一层的、来自其他摩擦纳米发电模块的连接电极相连；增加负载时，在每一层摩擦纳米发电模块中任选一个上半部分外壳的连接电极，将这些电极并联作为负载的一端，在每一层摩擦纳米发电模块中任选一个下半部分外壳的连接电极，将这些电极并联作为负载的另一端。较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术的摩擦纳米发模块外壳设计为截角八面体形状，因此在单位空间内可放置的摩擦纳米发电单元数量可达到最多，提高了系统空间利用率。2、本专利技术的工作场景多样，可使用在振动能量收集和风能的收集。同时本专利技术的发电模式多样，可分为接触分离发电以及单电极发电。3、本专利技术的摩擦纳米发电系统具有模块化设计，因此任意两个同尺寸的摩擦纳米发电模块都可通过外壳上的电极连接，具有使用灵活、拆卸方便的优点。基于上述理由本专利技术可在摩擦纳米发电领域广泛推广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为截角八面体结构示意图。图2为单电极模式下的摩擦纳米发电模块结构示意图。图3为单电极模式下的摩擦纳米发电系统结构示意图。图4为接触分离模式下的摩擦纳米发电模块结构示意图。图5为接触分离模式下的摩擦纳米发电系统结构示意图。图6为风能采集摩擦纳米发电模块气口位置示意图。图中：1、外壳；2、摩擦电极；3、纳米球；4、连接电极；5、中间隔离层。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维密集摩擦纳米发电模块，其特征在于，包括：/n外壳，所述外壳被设置为截角八面体；/n纳米球，所述纳米球被设置于外壳内部，其尺寸与所述外壳匹配，使得二者能够产生相对运动；/n摩擦电极，所述摩擦电极贴服于所述外壳的内表面，用于与所述纳米球相互摩擦产生电流。/n

【技术特征摘要】
1.一种三维密集摩擦纳米发电模块，其特征在于，包括：
外壳，所述外壳被设置为截角八面体；
纳米球，所述纳米球被设置于外壳内部，其尺寸与所述外壳匹配，使得二者能够产生相对运动；
摩擦电极，所述摩擦电极贴服于所述外壳的内表面，用于与所述纳米球相互摩擦产生电流。


2.根据权利要求1所述的三维密集摩擦纳米发电模块，其特征在于，还包括连接电极，所述连接电极贴服于所述外壳的外表面，用于与其他发电模块进行电路连接。


3.根据权利要求2所述的三维密集摩擦纳米发电模块，其特征在于，所述壳体包括结构对称的上、下两部分，所述上下部分以第一平面分界，所述第一平面根据以下方式获取：
以外壳的一个正方形面为底，将所述壳体水平放置，
由上向下分别以不同水平面切割所述壳体，所得截面面积最大的水平面即为第一平面；
在上、下部分所包含的、与所述第一平面相交的各平面上粘贴连接电极。


4.根据权利要求2所述的三维密集摩擦纳米发电模块，其特征在于，所述壳体包括结构对称的上、下两部分以及一个中间隔离部分，所述上部分与中间隔离部分以第二平面分界，所述下部分与中间隔离部分以第三平面分界；
所述第二、第三平面根据以下方式获取：
以外壳的一个正方形面为底，将所述壳体水平放置，
由上向下分别以不同水平面切割所述壳体，首次使所得截面面积达到阈值的水平面即为第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐敏义，李方明，朱传庆，陈天予，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21