一种3D打印仿鲨鱼皮磁流体液滴发电机及设计方法技术

本发明专利技术属于磁流体发电机技术领域，公开了一种仿鲨鱼皮3D打印磁流体液滴发电机及制备方法，设计鲨鱼皮模型，通过光固化打印技术制备仿鲨鱼3D打印装置；将制备的3D打印装置表面用乙醇洗涤，烘干；将清洗后的样品进行亲水处理，冷却，获得鲨鱼皮表面；依次将铜线圈和Nd

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印仿鲨鱼皮磁流体液滴发电机及设计方法
本专利技术属于磁流体发电机
，尤其涉及一种仿鲨鱼皮3D打印磁流体液滴发电机及设计方法。
技术介绍
近年来，将机械能转化为电能无疑是一种极具前景的可持续能源，引起了广泛的关注。在各种转换方法中，磁电转化方法已被证明是有非常有效的，并稳定地应用于我们的日常生活超过150年。然而，目前的磁电转换装置大都是硬质和沉重的装置，难以携带且应用非常有限，如大部分应用局限在大型的发电厂。此外，目前磁电转换装置的制备方法复杂，且需要金属铁等贵重的材料，导致昂贵的生产成本。开发一种轻便、小巧、便携且廉价的磁电转换装置仍然是一个挑战。磁流体是一种既具有液体的流动性又具有超顺磁性质的悬浮液，已经被用于收集人体运动能、振荡热管热能、振动能等。然而，当前的磁流体发电装置不仅需要大量的磁流体，而且往往会粘附在固体表面，产生残留的污染以及逐渐减少的电输出。因此，减少磁流体的用量，降低流体在固体表面的残留和提高磁流体发电机的效率是磁流体发电机的重点和难点。通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：目前的磁电转换装置大都是硬质和沉重的装置，难以携带且应用非常有限。目前磁电转换装置的制备方法复杂，且需要金属铁等贵重的材料，导致昂贵的生产成本。当前的磁流体发电装置不仅需要大量的磁流体，而且磁流体往往会粘附在固体表面，产生残留的污染以及逐渐减少的电输出。解决以上问题及缺陷的难度为：如何利用目前快速发展的增材制造技术来降低磁流体发电装置的重量和造价昂贵等问题。如何利用3D打印技术制备表面具有低粘附和减阻功能的结构。解决以上问题及缺陷的意义为：3D打印制备的鲨鱼皮表面能显著降低磁流体在固体表面的粘附力，大大增强了其电输出的能力，有着广阔的商业化前景。该项技术使用的是可大规模制造的3D打印技术，使用的原料为廉价的光敏树脂，不仅可以大幅度降低目前磁流体发电装置的生产成本，还可以制备轻便、小巧、便携的磁流体发电装置。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种仿鲨鱼皮3D打印磁流体液滴发电机及设计方法，旨在解决磁流体在固体表面的粘附导致磁流体发电机中磁流体用量大、发电效率低，和装置昂贵的问题。本专利技术是这样实现的，一种仿鲨鱼皮3D打印磁流体液滴发电机的制备方法，打印的鲨鱼皮结构在水下具有低粘附和减阻功能，包括以下步骤：步骤一，通过软件设计不同参数的鲨鱼皮模型，以光固化树脂为原料，通过光固化打印技术制备具有减阻功能的仿鲨鱼3D打印装置；步骤二，将制备的3D打印装置表面用乙醇洗涤，洗去鲨鱼皮沟槽内残留的光固化树脂，然后在烘箱中烘干；步骤三，将清洗后的样品用Plasma亲水处理技术处理15～60min，取出冷却，获得具有低粘附和减阻的鲨鱼皮表面；步骤四，依次将铜线圈和Nd2Fe14B磁块整合到3D打印装置内部中，然后用Ecoflex将底部密封，获得仿鲨鱼皮3D打印磁流体液滴发电机；步骤五，将4个相同的3D打印磁流体液滴发电机以阶梯的形式串联起来，获得Zigzag阶梯式的磁流体纳米发电机。进一步，步骤一中，所述参数包括：不同的沟槽宽、沟槽高、鳞片的面积比、鳞片的倾斜角度、鳞片的水平距离和垂直距离分布；其中，所述鲨鱼皮样品沟槽宽度为1μm～1cm，沟槽高度为1μm～1cm，鳞片的面积比为0.1～10、鳞片的倾斜角度0～180°、鳞片的水平分布距离为1μm～1cm和垂直距离分布为1μm～1cm。进一步，步骤一中，所述仿鲨鱼3D打印装置的表面具有鳞片整齐堆叠分布且带有沟槽的鲨鱼皮结构，所述仿鲨鱼3D打印装置的内部能放置铜线圈和磁块。进一步，步骤二中，所述鲨鱼皮样品的原料可以根据不同的打印成型方式使用聚乳酸、热塑性塑料、陶瓷材料、石蜡粉末材料、金属材料或光敏树脂中的任意一种；其中，所述热塑性塑料包括：丙烯腈－丁二烯－苯乙烯ABS、聚乙烯PE、聚氯乙烯PVC、聚丙烯PP、聚苯乙烯PS、聚碳酸酯PC、尼龙、尼龙玻纤、聚氨酯PU、聚四氟乙烯PTFE、聚对苯二甲酸乙二醇PET。进一步，步骤三中，所述3D打印装置表面的亲水处理时间为1min～6h。进一步，步骤四中，所述线圈粗细为0.05mm～5mm，线圈匝数为1～10000圈。进一步，步骤四中，所述Nd2Fe14B磁块的形状为正方体、长方体或圆柱体；所述Nd2Fe14B磁粉表面的磁场强度为0.5mT～60mT。进一步，步骤四中，利用液态硅树脂Ecoflex或二甲基硅氧烷将底部密封；其中，所述Ecoflex的型号选自Ecoflex00-10、Ecoflex00-20或Ecoflex00-30中的任意一种或多种组成的混合物。进一步，步骤四中，所述仿鲨鱼皮3D打印磁流体液滴发电机中的磁流体体积为10μL～100mL；所述磁流体在所述仿鲨鱼皮3D打印磁流体液滴发电机上滑动时，将自身的机械能转换成电能。进一步，步骤五中，所述仿鲨鱼皮3D打印磁流体液滴发电机的组装形式包括之Zigzag阶梯式，平行阶梯式和S形阶梯式；其中，所述磁流体在所述Zigzag阶梯式磁流体液滴发电机上从上往下不断滑动时，将自身机械能转换成电能。本专利技术的另一目的在于提供一种仿鲨鱼皮3D打印磁流体液滴发电机，所述仿鲨鱼皮3D打印磁流体液滴发电机由所述的仿鲨鱼皮3D打印磁流体液滴发电机的制备方法制作。结合上述的所有技术方案，本专利技术所具备的优点及积极效果为：本专利技术提供的仿鲨鱼皮3D打印磁流体液滴发电机，简单高效，且具备大规模生产的潜力。该磁流体发电装置表面基于鲨鱼皮结构在水下的低粘附和减阻功能，可以降低磁流体液滴在固体表面的粘附力和滑动阻力。因此，根据法拉第电磁感应定律，磁流体液滴滑动的机械能能高效转化成电能，大大提高了其电输出能力。本专利技术制备的仿鲨鱼皮3D打印磁流体液滴发电机有两个特点：1.3D打印磁流体液滴发电机的表面是具有低粘附和减阻功能的鲨鱼皮结构。3D打印装置表面的低粘附性质能显著的降低磁流体在水下固体表面的粘附力，使磁流体能顺利滑动而不粘附在固体表面。此外，该凹槽结构能极大降低磁流体的运动阻力，加快磁流体的移动，避免因为空间限域的作用限制磁流体的运动；2.单个磁流体液滴的发电。单个磁流体液滴在3D磁流体发电机上运动时，可以将自身的机械能转换成电能。该发电装置的核心机理为磁流体的超顺磁性质和法拉第电磁感应定律。磁流体本无磁性，但当其移动进入到磁块上方时，产生一个瞬时的磁场，改变了通过线圈的磁通量，产生相应的电信号。当磁流体继续移动，从磁块上方移出时，则产生一个相反的电信号。同时，相较于现有技术，本专利技术还具有以下优点：(1)本专利技术所用材料简单、成本低廉、化学性质稳定、对人体没有毒害作用；制备条件温和，能耗小，加工方法设备简单易操作。(2)该装置的表面为3D打印的仿鲨鱼皮结构，其低粘附性的表面能极大的降低磁流体在固体表面的粘附力，其独特的沟槽结构能降低磁流体移动阻力，可以提高磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仿鲨鱼皮3D打印磁流体液滴发电机的制备方法，其特征在于3D打印的鲨鱼皮结构在水下具有低粘附和减阻功能，所述仿鲨鱼皮3D打印磁流体液滴发电机的制备方法包括以下步骤：/n步骤一，设计不同参数的鲨鱼皮模型，以光固化树脂为原料，通过光固化打印技术制备具有减阻功能的仿鲨鱼3D打印装置；/n步骤二，将制备的3D打印装置表面用乙醇洗涤，洗去鲨鱼皮沟槽内残留的光固化树脂，然后在烘箱中烘干；/n步骤三，将清洗后的样品用Plasma亲水处理技术处理15～60min，取出冷却，获得具有减阻和低粘附的鲨鱼皮表面；/n步骤四，依次将铜线圈和Nd

【技术特征摘要】
1.一种仿鲨鱼皮3D打印磁流体液滴发电机的制备方法，其特征在于3D打印的鲨鱼皮结构在水下具有低粘附和减阻功能，所述仿鲨鱼皮3D打印磁流体液滴发电机的制备方法包括以下步骤：
步骤一，设计不同参数的鲨鱼皮模型，以光固化树脂为原料，通过光固化打印技术制备具有减阻功能的仿鲨鱼3D打印装置；
步骤二，将制备的3D打印装置表面用乙醇洗涤，洗去鲨鱼皮沟槽内残留的光固化树脂，然后在烘箱中烘干；
步骤三，将清洗后的样品用Plasma亲水处理技术处理15～60min，取出冷却，获得具有减阻和低粘附的鲨鱼皮表面；
步骤四，依次将铜线圈和Nd2Fe14B磁块整合到3D打印装置内部中，然后用Ecoflex将底部密封，获得仿鲨鱼皮3D打印磁流体液滴发电机；
步骤五，将4个相同的3D打印磁流体液滴发电机以阶梯的形式串联起来，获得Zigzag阶梯式的磁流体纳米发电机。


2.如权利要求1所述的仿鲨鱼皮3D打印磁流体液滴发电机的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述参数包括：不同的沟槽宽、沟槽高、鳞片的面积比、鳞片的倾斜角度、鳞片的水平距离和垂直距离分布；
其中，所述鲨鱼皮样品沟槽宽度为1μm～1cm，沟槽高度为1μm～1cm，鳞片的面积比为0.1～10、鳞片的倾斜角度0～180°、鳞片的水平分布距离为1μm～1cm和垂直距离分布为1μm～1cm。


3.如权利要求1所述的仿鲨鱼皮3D打印磁流体液滴发电机的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述仿鲨鱼3D打印装置的表面具有鳞片整齐堆叠分布且带有沟槽的鲨鱼皮结构，所述仿鲨鱼3D打印装置的内部能放置铜线圈和磁块。


4.如权利要求1所述的仿鲨鱼皮3D打印磁流体液滴发电机的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述鲨鱼皮样品的原料可以根据不同的打印成型方式使用聚乳酸、热塑性塑料、陶瓷材料、石蜡粉末材料、金属材料或光敏树脂中的任意一种；
其中，所述热塑性塑料包括：丙烯腈－丁二烯－苯乙烯A...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏彬，黄剑瑜，文世峰，
申请(专利权)人：华中科技大学，武汉华科三维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42