一种复合式水滴固-液摩擦纳米发电机及其使用方法技术

本发明专利技术提供了一种复合式水滴固

【技术实现步骤摘要】
一种复合式水滴固
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液摩擦纳米发电机及其使用方法


[0001]本专利技术涉及摩擦纳米发电机
，具体涉及一种复合式水滴固
‑
液摩擦纳米发电机及其使用方法。

技术介绍

[0002]2012年，佐治亚理工学院的王中林教授及其同事共同专利技术了摩擦电纳米发电机(TENG)，这是一种新颖的能量收集技术，它通过利用摩擦电将机械能转化为电能。而为了更加灵活和普遍地利用各种能源，学者们已经开发出了多种具有不同结构设计的TENG，例如风驱动TENG、声波驱动TENG和液滴驱动TENG等等。其中，固
‑
液摩擦纳米发电机就是利用固体材料与液滴之间的摩擦起电，将液滴中的振动能转换为电能。与两种不同固体材料的摩擦起电相比，液滴的存在可以消除固体材料之间的磨损，这有助于避免材料降解和性能下降，并提高了稳定性和耐用性，因此具有非常广阔的应用前景。
[0003]2014年，王中林教授利用固
‑
液纳米摩擦发电机来收集水滴中的振动能，系统地阐述了水滴TENG的工作原理，提出了水滴携带两种能量的理论，首先是当它掉落在基板上时发生撞击而产生的机械能，第二个是与空气或管道接触带电过程中产生的静电能。但该理论仅限于在固体摩擦层后面贴加电极，只能利用到固体摩擦层所携带的电荷能量。2019年，香港城市大学的王钻开教授及其团队，通过在固体摩擦层表面贴加电极，使得水滴同时滴落在固体摩擦层与电极材料上，极大地提高了电荷输出，但仍没有利用到与固体摩擦层发生接触带电后滑落的水滴中含有的静电能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种复合式水滴固
‑
液摩擦纳米发电机及其使用方法，采用本专利技术提供的复合式水滴固
‑
液摩擦纳米发电机能够将与固体摩擦层发生接触带电后滑落的水滴中的静电能导出利用，可以进一步提高水滴摩擦纳米发电机的能量转换效率。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种复合式水滴固
‑
液摩擦纳米发电机，包括容器、弧形板以及设置在所述弧形板内凹表面的疏水性固体摩擦层和铜电极；所述容器设置有出水口，所述容器的内部盛有水或水溶液；所述疏水性固体摩擦层设置于所述弧形板的上部，所述铜电极设置于所述弧形板的下部；所述疏水性固体摩擦层设置于所述容器的出水口的正下方。
[0007]优选地，所述疏水性固体摩擦层和铜电极之间具有间隙。
[0008]优选地，所述弧形板的最低点与水平面的夹角为10
°
～70
°
。
[0009]优选地，还包括第一导线和第二导线；所述第一导线的一端与所述容器内的水或水溶液相连，另一端接地；所述第二导线的一端与所述铜电极相连，另一端与集电装置相连。
[0010]优选地，所述容器的出水口与所述疏水性固体摩擦层之间的垂直距离为5～50cm。
[0011]优选地，所述水包括去离子水或纯净水；所述水溶液包括雨水、海水、酸溶液或盐
溶液。
[0012]优选地，所述疏水性固体摩擦层包括疏水性聚四氟乙烯膜、疏水性聚偏氟乙烯膜、疏水性涤纶树脂膜、疏水性聚酰亚胺膜、疏水性聚苯乙烯膜、疏水性聚碳酸酯膜或疏水性聚丙烯膜。
[0013]优选地，还包括设置于所述疏水性固体摩擦层与弧形板之间的背电极。
[0014]本专利技术提供了上述技术方案所述复合式水滴固
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液摩擦纳米发电机的使用方法，包括以下步骤：
[0015]将容器内的水或水溶液由出水口滴落到疏水性固体摩擦层表面，水滴沿疏水性固体摩擦层的表面下滑至铜电极，利用铜电极收集水滴中的电荷能。
[0016]优选地，所述水或水溶液的滴落速度大于等于1滴/秒；所述水滴的大小为10～100μL。
[0017]本专利技术提供了一种复合式水滴固
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液摩擦纳米发电机，包括容器、弧形板以及设置在所述弧形板内凹表面的疏水性固体摩擦层和铜电极；所述容器设置有出水口，所述容器的内部盛有水或水溶液；所述疏水性固体摩擦层设置于所述弧形板的上部，所述铜电极设置于所述弧形板的下部；所述疏水性固体摩擦层设置于所述容器的出水口的正下方。本专利技术利用设置有出水口的容器实现水滴的流出或停止；本专利技术将疏水性固体摩擦层设置于容器出水口的正下方，能够保证容器内的水滴滴落在疏水性固体摩擦层表面，水滴沿疏水性固体摩擦层的表面下滑，使水滴带电；本专利技术采用疏水性固体摩擦层相比于普通的固体摩擦层能够保证水滴完全流到下部的铜电极上，提高电输出性能；带电的水滴滑落至铜电极上时，铜电极为电的良导体，能够将水滴中的电荷能收集，提高水滴摩擦纳米发电机的能量转换效率。
[0018]本专利技术还利用了弧形结构，水滴在弧面上划过与在相同长度的斜面相比，其划过的时间更短，摩擦更快，水滴摩擦过后其带电量更大，使得摩擦电输出更大。同时，本专利技术结构简单，所用材料成本低廉，易大规模制造，能够充分利用大自然中的各种液体能量(例如雨滴能、海洋波浪能、河流能等)，所收集的能量可以用来作为一些小型器件的供能，以及用来为一些金属材料防腐蚀。
附图说明
[0019]图1为实施例1采用的复合式水滴固
‑
液摩擦纳米发电机的示意图；
[0020]图2为实施例1中第二铜导线导出的电流数据图；
[0021]图3为实施例2采用的复合式水滴固
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液摩擦纳米发电机的示意图；
[0022]图4为实施例2中第二铜导线导出的电流数据图；
[0023]其中，1
‑
1为第一导线，1
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2为第二导线，1
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3为第三导线，2为容器，3为水或水溶液，4为水滴，5为弧形板，6为疏水性固体摩擦层，7为铜电极，8为背电极。
具体实施方式
[0024]本专利技术提供了一种复合式水滴固
‑
液摩擦纳米发电机，包括容器、弧形板以及设置在所述弧形板内凹表面的疏水性固体摩擦层和铜电极；所述容器设置有出水口，所述容器的内部盛有水或水溶液；所述疏水性固体摩擦层设置于所述弧形板的上部，所述铜电极设
置于所述弧形板的下部；所述疏水性固体摩擦层设置于所述容器的出水口的正下方。
[0025]本专利技术提供的复合式水滴固
‑
液摩擦纳米发电机包括容器，所述容器设置有出水口，所述容器的内部盛有水或水溶液。本专利技术利用容器实现水滴的流出或停止。作为本专利技术的一个实施例，所述容器的出水口处设置有阀门。在本专利技术的具体实施例中，所述容器为漏斗。
[0026]在本专利技术中，所述水优选包括去离子水或纯净水；所述水溶液优选包括雨水、海水、酸溶液或盐溶液。
[0027]作为本专利技术的一个实施例，所述复合式水滴固
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液摩擦纳米发电机还包括第一导线，所述第一导线的一端与所述容器内的水或水溶液相连，另一端接地。在本专利技术中，所述第一导线用于将容器内的水或水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合式水滴固
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液摩擦纳米发电机，包括容器、弧形板以及设置在所述弧形板内凹表面的疏水性固体摩擦层和铜电极；所述容器设置有出水口，所述容器的内部盛有水或水溶液；所述疏水性固体摩擦层设置于所述弧形板的上部，所述铜电极设置于所述弧形板的下部；所述疏水性固体摩擦层设置于所述容器的出水口的正下方。2.根据权利要求1所述的复合式水滴固
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液摩擦纳米发电机，其特征在于，所述疏水性固体摩擦层和铜电极之间具有间隙。3.根据权利要求1所述的复合式水滴固
‑
液摩擦纳米发电机，其特征在于，所述弧形板的最低点与水平面的夹角为10
°
～70
°
。4.根据权利要求1所述的复合式水滴固
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液摩擦纳米发电机，其特征在于，还包括第一导线和第二导线；所述第一导线的一端与所述容器内的水或水溶液相连，另一端接地；所述第二导线的一端与所述铜电极相连，另一端与集电装置相连。5.根据权利要求1所述的复合式水滴固
‑
液摩擦纳米发电机，其特征在于，所述容...

【专利技术属性】
技术研发人员：王道爱，彭家良，刘盈，
申请(专利权)人：青岛市资源化学与新材料研究中心中国科学院兰州化学物理研究所青岛研究发展中心，
类型：发明
国别省市：