一种无线摩擦纳米发电装置、方法及传感器制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种无线摩擦纳米发电装置、方法及传感器，所述发电装置包括：发电机主体、接收装置；发电机主体包括两端通过固定组件依次间隔第一预设距离固定的第一摩擦组件、弹性摩擦组件和第二摩擦组件；弹性摩擦组件在外界机械能驱动下发生形变并做往复运动，与第一摩擦组件和第二摩擦组件接触或分离产生电流；接收装置包括分别间隔第二预设距离放置于发电机主体两侧的两个接收板，接收板用于感应所述发电机主体产生的电流并将其输出。通过摩擦纳米发电装置收集环境中的风能/振动能，并能将其有效地转化为电信号输出。发电机主体和电信号接收板的分离可以实现无线发电、充电、放电功能；可扩展摩擦纳米发电装置的使用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种无线摩擦纳米发电装置、方法及传感器
本专利技术涉及摩擦式纳米发电机领域，具体涉及一种无线摩擦纳米发电装置、方法及传感器。
技术介绍
能源对人类文明推进和全球经济高速发展都具有功不可没的推动作用，传统能源所带来的能源危机和环境危机是全球亟待解决的难题。摩擦纳米发电机(TENG)是利用摩擦起电效应和静电感应效应耦合将风能、机械能、振动能等转换为电能的器件，具有无污染、结构简单、成本低等优点，TENG的设计和应用将对能源危机问题具有战略意义。随着物联网、可穿戴电子器件行业的飞速发展，微纳能源与传感的需求日益凸显，基于摩擦纳米发电机的自驱动式传感器系统为我们提供了有效的解决方案，既可以将环境中容易被忽视的能源直接转换为电能，还能对外界的条件变化做出快速响应，实现了能量产生和传感应用的一体化。但现有技术中的摩擦纳米发电机通常为一体化装置，在利用摩擦纳米发电机对管道内流体进行测量时，往往由于该一体化装置需要放置于管道中，而需要对管壁进行破坏，将导线等接出。因此亟需一种无线摩擦纳米发电机，以便于对管道实现无损和无破坏性的高效监控。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题亟需一种无线摩擦纳米发电机，以便于、实现无破坏性监控和传感。(二)技术方案为了解决上述问题，本专利技术一个方面提供了一种无线摩擦纳米发电装置，所述发电装置包括：发电机主体、接收装置；所述发电机主体包括两端通过固定组件依次间隔第一预设距离固定的第一摩擦组件、弹性摩擦组件和第二摩擦组件；其中，所述弹性摩擦组件在外界机械能驱动下发生形变并做往复运动与所述第一摩擦组件和所述第二摩擦组件接触或分离产生电流；所述接收装置包括分别间隔第二预设距离放置于所述发电机主体两侧的两个接收板，所述接收板用于感应所述发电机主体产生的电流并将其输出。可选地，所述第一摩擦组件和所述第二摩擦组件均包括第一支撑板和摩擦层；所述摩擦层面向所述弹性摩擦组件；所述摩擦层的材料为聚四氟乙烯、醋酸纤维素、聚氯乙烯、尼龙、Kapton或聚乙烯，所述第一支撑板为亚克力板、金属板、塑料板、或木板，所述弹性摩擦组件的材料为氟化乙烯丙烯共聚物、尼龙、聚乙烯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚偏二氯乙烯、氯乙烯-醋酸乙烯共聚物，所述弹性摩擦组件的厚度为5～100μm。可选地，所述接收板包括第二支撑板、导电层和用于输出电流的导线，所述导电层面向所述发电机主体，与所述第一摩擦组件和第二摩擦组件的位置相对应，所述导电层为附着在所述第二支撑板上的石墨烯、碳纳米管、银纳米线、银纳米颗粒、或金属纳米粉末。可选地，所述第一预设距离为0.5～4mm，所述第二预设距离≤10cm。本专利技术另一个方面提供了一种将上文所述的发电装置用于测量管道流体参数的方法，将发电机主体设置于管道内部，将接收装置放置于管道外壁上与所述发电机主体位置相对应处，通过所述接收装置输出电压获取管道流体参数。本专利技术再一个方面提供了一种将上文所述的发电装置用于测量流体流动方向的方法，流体流动方向与所述发电装置之间的夹角的变化与发电装置输出电压满足预设关系，根据所述预设关系利用所述发电装置测量流体流动方向；所述预设关系为在流体流速不变时，流体流动方向与所述发电装置之间的夹角从0°增加至360°的过程中，发电装置输出电压呈周期性变化。本专利技术又一个方面提供了一种将上文所述的发电装置用于测量管道堵塞物位置的方法，所述方法包括：将至少两个发电机主体设置于管道内部的不同位置，将至少两个接收装置设置于管道外壁上与所述发电机主体位置相对应处，通过所述接收装置获取至少两个输出电流，根据所述至少两个输出电压获取管道堵塞物位置和堵塞物放置的方向。本专利技术再一个方面提供了一种包括上文所述的发电装置的可视化距离、角度传感器，所述传感器还包括显示装置；将所述接收装置中的两个接收板分别连接于所述显示装置上，所述显示装置用于显示出所述接收装置与发电机主体之间的距离，或显示出发电机主体与流体夹角的变化。本专利技术另一个方面提供了一种无线摩擦纳米发电装置的制备方法，所述方法包括：在预设尺寸的第一支撑板上粘贴Nylon膜得到第一摩擦组件和第二摩擦组件，将两个氟化乙烯丙烯共聚物膜进行粘贴得到双面氟化乙烯丙烯共聚物弹性摩擦组件，通过固定组件依次将第一摩擦组件、弹性摩擦组件和第二摩擦组件进行固定，并使得Nylon膜面向弹性摩擦组件，从而得到发电机主体；制备石墨烯的分散溶液，将所述溶液均匀滴加在相纸上，然后放置在80℃的烘箱中4h，取出相纸后，采用电动对辊机辊压所述相纸，使得在相纸表面形成密实的导电石墨烯层，利用双面胶将石墨烯层转移至第二支撑板上，并在该第二支撑板上设置用于输出电流的导线，得到接收装置。本专利技术再一个方面提供了一种利用上文所述的发电装置对电容进行充电的方法，所述方法包括：将电容进行充电至预设电压所需的时间与接收装置与发电机主体之间的第二预设距离成正比。本专利技术还有一个方面提供了一种测量管道堵塞物位置的装置，其包括至少两个上文所述的发电装置。(三)有益效果本专利技术至少具有以下有益效果：1、可以通过摩擦纳米发电装置收集环境中的风能/振动能，并能将其有效地转化为电信号输出。发电机主体和电信号接收板的分离可以实现无线发电、充电、放电功能；可扩展摩擦纳米发电装置的使用范围，也可避免导电材料在风场环境下因长时间工作引起的掉落从而延长摩擦纳米发电装置的使用寿命。2、当接收板到摩擦发电机主体的接收距离改变时，输出电信号大小与接收距离呈一定的规律和相关性，由此可以设计感知距离的自驱动传感器，避免了距离传感器在工作时借助外接能源驱动。3、当无线摩擦纳米发电机与空气流动方向之间存在夹角时，(发电机主体固定时风场方向发生改变或发电机在风场中发生一定角度的倾斜时)，两个接收板之间的输出信号会因角度变化呈现一定的变化规律，从而可以对风场风向的改变或者发电机的角度偏转做出高灵敏度的、快速的响应。4、在一个器件上解决了能量产生与传感两个关键问题，还可将实验条件下的距离、角度变化通过可视化的装置如电容器、LED灯泡、喇叭、机械马达等显示出来。实现了能量转换与传感应用的一体化设计，也可将发电机安置在生活中容易发生角度偏转和距离变化的物件中，距离和角度的改变将会通过接收板之间的输出电信号的变化反应出来。5、将发电机主体安置在封闭的管道中，接收板安装在管道外，可监控管道的某一位置的气体流速，风道是否有破损、风道中是否存在堵塞物及定位堵塞物的位置和方向状态。6、采用本专利技术中的发电装置用于测量管道流体参数的方法，将接收装置放置于管道外壁上，避免了现有技术中需要破坏管道壁，才能将导线接出，进行管道流体参数的测量，实现了“无线”和“无破坏性”监控管道，即无需在管道内部设置导线，无需将管道破损，也可实现管道中流体参数的测量与监控。附图说明图1是本专利技术第一个实施例提供的无线摩擦纳米发电装置的结构示意图；图2是本专利技术一个实施例提供的无线摩擦纳米发电装置中发电机主体侧视的结构示意图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述发电装置包括：发电机主体(1)、接收装置(2)；/n所述发电机主体(1)包括两端通过固定组件(101)依次间隔第一预设距离固定的第一摩擦组件(102)、弹性摩擦组件(103)和第二摩擦组件(104)；其中，所述弹性摩擦组件(103)在外界机械能驱动下发生形变并做往复运动，与所述第一摩擦组件(102)和所述第二摩擦组件(104)接触或分离产生电流；/n所述接收装置(2)包括分别间隔第二预设距离放置于所述发电机主体(1)两侧的两个接收板(201)，所述接收板(201)用于感应所述发电机主体(1)产生的电流并将其输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种无线摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述发电装置包括：发电机主体(1)、接收装置(2)；
所述发电机主体(1)包括两端通过固定组件(101)依次间隔第一预设距离固定的第一摩擦组件(102)、弹性摩擦组件(103)和第二摩擦组件(104)；其中，所述弹性摩擦组件(103)在外界机械能驱动下发生形变并做往复运动，与所述第一摩擦组件(102)和所述第二摩擦组件(104)接触或分离产生电流；
所述接收装置(2)包括分别间隔第二预设距离放置于所述发电机主体(1)两侧的两个接收板(201)，所述接收板(201)用于感应所述发电机主体(1)产生的电流并将其输出。


2.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述第一摩擦组件(102)和所述第二摩擦组件(104)均包括第一支撑板(100a)和摩擦层(100b)；所述摩擦层(100b)面向所述弹性摩擦组件(103)；
所述摩擦层(100b)的材料为：聚四氟乙烯、醋酸纤维素、聚氯乙烯、尼龙、Kapton或聚乙烯，所述第一支撑板(100a)为亚克力板、金属板、塑料板或木板，所述弹性摩擦组件(103)的材料为氟化乙烯丙烯共聚物、尼龙、聚乙烯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚偏二氯乙烯、氯乙烯一醋酸乙烯共聚物，所述弹性摩擦组件(103)的厚度为5～100μm。


3.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述接收板(201)包括第二支撑板(201a)、导电层(201b)和用于输出电流的导线，所述导电层(201b)面向所述发电机主体(1)，与所述第一摩擦组件(102)和第二摩擦组件(104)的位置相对应，所述导电层(201b)为附着在所述第二支撑板(201a)上的石墨烯、碳纳米管、银纳米线、银纳米颗粒或金属纳米粉末。


4.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述第一预设距离为0.5～4mm，所述第二预设距离≤10cm。


5.一种将权利要求1-4中任一项所述的发电装置用于测量管道流体参数的方法，其特征在于，
将发电机主体(1)设置于管道内部，
将接收装置(2)放置于管道外壁上与所述发电机主体(1)位置相对应处，
通过所述接收装置(2)输出电压获取管道流体参数。


6.一种将权利要求1-4中任一项所述的发...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨亚，赵雪，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11