一种与百叶窗结合的微纳复合自供能装置制造方法及图纸

本发明专利技术一种与百叶窗结合的微纳复合自供能装置，属于微能源领域；包括发电膜、框架、硬质平行板和驱动结构，发电膜包括第一电极和第二电极；多个硬质平行板相互平行设置于框架内，作为百叶窗的叶片部分，各硬质平行板下边缘处均沿其长度粘贴有若干发电膜；在风力作用下相互振动，能够实现持续发电；驱动结构包括齿条和多个具有相同参数的齿轮，多个齿轮与多个硬质平行板一一对应设置，其中心轴穿过所述框架与硬质平行板连接，通过驱动齿条带动各齿轮旋转，进而带动各硬质平行板转动，实现百叶窗的开合。本发明专利技术利用驻极体聚合物薄膜收集风能，体积小、易迁移，而且对风力的要求较低，不需要非常大的风速就可进行能源的收集和转化。

【技术实现步骤摘要】
一种与百叶窗结合的微纳复合自供能装置
本专利技术属于微能源领域，具体涉及一种与百叶窗结合的微纳复合自供能装置，是一种微能源领域的能量转化、多形式多功能复合制备技术。
技术介绍
随着社会发展与时代进步，物联网技术和微系统技术作为综合性前沿技术，正在医学、国防、机械生产、环境保护等领域得到越来越广泛的应用。在这种微集成技术支持下制造的电子产品正在成为很多人生活与工作的必要需求，因此，如何为这些产品提供便捷、充足的电能是一个必须得到解决的问题。显然，制造一种自供能的微型能源收集装置，利用自然界随处可见的风能，借助驻极体材料，将因此产生的振动能量转化为可以收集利用的电能，是一种快捷且有效的供能方式。驻极体(electret)，又称“永电体”，是一种特殊的介电材料，在受到高强度电场作用后可产生极化，撤去电场后其表面和内部的电荷可以长时间甚至永久存在。因此，经过极化处理的驻极体可以作为永久带电体，在诸如风电转化的供电系统中反复利用，持续稳定地输出电能。若将驻极体制成薄膜，作为易振动的电容电极，则可基于此制作体积小、成本低、易携带、结构简单的微能源发电结构。其所产生的电力，可用于为微型传感器供电，也可用于解决进入物联网时代后，多种物联网终端的能源供应问题。因此，在如今的
技术介绍
下，该结构有着良好的应用前景。但是，这种基于驻极体的微风电转化技术在实际生活和工作中的应用并没有理论上那样容易和完美，在制备能量收集器时，有许多问题需要解决。本专利技术主要参考王中林等人所著《摩擦纳米发电机》，科学出版社，2017年3月出版，236页～245页，章节《基于微颤摩擦起电的风能收集》中提到了第一种基于微颤片的风能摩擦纳米发电机。书中提到基于微颤摩擦起电的非转动式摩擦纳米发电机结构被首先报道于Yang等人的文章上(《Triboelectricnanogeneratorforharvestingwindenergyandasself-poweredwindvectorsensorsystem》.ACSNano,2013,7(10):9461-9468)。文中提到的风能发电机是基于两片铝箔和一片具有纳米线表面的全氟乙烯丙烯(FEP)膜之间周期性的接触分离，其利用摩擦起电效应和静电感应效应的耦合，两片铝箔与FEP膜之间的周期性间距变化可以引发两片铝箔对地的电荷转移，从而自由电子输出至外电路成为交流电。这种发电机由在长方体亚克力管中的一个两片铝箔和一片FEP膜构成，铝箔即作为一种摩擦表面，也作为一个电极。FEP膜的一面固定在管底部开端的中间，另一面可以自由移动。在风的驱动下，两个铝箔和FEP膜之间的间距会发生周期性的变化。而该装置的主要技术问题是发电效率受摩擦电荷密度的影响。除了该技术问题，现有驻极体发电理论在实际的应用中还存在其他问题。其一，除风能以外，太阳能也是许多供电器的能量来源，如果能将两种能源同时收集，复合利用，则发电效率可以得到显著提升。但驻极体薄膜与太阳能电池板不能简单复合，两者往往会相互产生影响导致能量的收集效率低下，我们需要一种合理的结构将两者有效复合，并通过设计电路将其发电量叠加。其二，简单的发电功能并不能匹配极化驻极体的成本投入，如何将能量采集装置与其他功能的产品合理复合，实现驻极体膜的“一材多用”，同样是一个值得研究的问题。本专利技术针对现有技术的上述不足，设计了一种与百叶窗结合的微纳复合自供能装置。
技术实现思路
要解决的技术问题：为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种与百叶窗结合的微纳复合自供能装置，将发电膜与百叶窗结合，利用驻极体聚合物薄膜收集风能，与传统的风力发电机相比，不仅体积小、易迁移，而且对风力的要求较低，不需要非常大的风速就可进行能源的收集和转化。本专利技术的技术方案是：一种与百叶窗结合的微纳复合自供能装置，其特征在于：包括发电膜、框架、硬质平行板和驱动结构，所述发电膜包括第一电极和第二电极，所述第一电极是驻极体聚合物薄膜/镀铜层/液晶聚合物LCP/镀铜层/驻极体聚合物薄膜五层复合结构；所述第二电极是镀铜层/液晶聚合物LCP/镀铜层三层复合结构，即衬底铜箔；所述框架用于固定支撑整个装置，多个硬质平行板相互平行设置于框架内，作为百叶窗的叶片部分，各硬质平行板下边缘处均沿其长度粘贴有若干发电膜；所述第一电极和第二电极交错布置，即同一硬质平行板上粘贴相同电极，相邻硬质平行板上粘贴不同电极；在风力作用下相互振动，能够实现持续发电；所述驱动结构包括齿条和多个具有相同参数的齿轮，多个齿轮与多个硬质平行板一一对应设置，其中心轴穿过所述框架与硬质平行板连接，通过驱动齿条带动各齿轮旋转，进而带动各硬质平行板转动，实现百叶窗的开合。本专利技术的进一步技术方案是：所述驻极体聚合物薄膜通过尖端放电预先极化，使得电荷在其表面或内部长时间存在。本专利技术的进一步技术方案是：所述第一电极和第二电极均为长方形结构。本专利技术的进一步技术方案是：所述液晶聚合物LCP层厚度为25微米，镀铜层的厚度为50微米。本专利技术的进一步技术方案是：所述硬质平行板上表面铺贴有太阳能电池板。有益效果本专利技术的有益效果在于：本专利技术的风力发电部分利用静电感应原理，当驻极体聚合物薄膜在极化后带有电荷量为一定值Q，且单位面积的静电势为V时，两片感应出异种电荷的衬底铜箔所组成的电容器的电容值C便可视为两极间距x的一元函数C(x)，当电极振动时亦即时间的一元函数C(t)。因此，若不考虑太阳能电池板提供的发电功率P0，本专利技术的风力发电功率P可表示为其中，k为常数，表示P与该积分值成正比。最终P的取值通常为单对驻极体发电膜在同等风力条件下的N倍，N为百叶窗叶片的数量。经实验，本专利技术装置在12m/s的气流作用下可以产生最高11V的电压，且大多数时间电压可维持在6V左右，如附图5所示。因此，本专利技术提出的微纳复合自供能技术，可以极大地提高驻极体发电的效率，充分利用自然环境中被忽视的能源将其转换为高输出的电能。同时，本专利技术装置在气流作用下工作时，发电膜之间并未相互接触，如附图1所示，因此有效解决了现有技术存在的问题“发电效率受摩擦电荷密度的影响”。本专利技术除发电外，还具有静电除尘和隔音等功能。城市的空气中有着许多微小的颗粒，对环境质量造成了较大的影响。本专利技术的发电膜暴露在空气中，其自身由于静电感应而带有电荷，从而对这些直径很小的颗粒具有吸附作用，可在一定程度上减少空气中的粉尘含量。同时，本专利技术的百叶窗叶片为硬质的平行板，因此当叶片闭合时，可以起到阻隔声音的作用。本专利技术具有体积小、可迁移、转化率高、结构简单常见等优点，并且除发电外还集成了静电除尘和隔音等功能，因此有着非常广泛的应用前景。随着物联网技术和微系统技术的发展，小功率电子产品在我们的生活中正得到越来越广泛的使用，本专利技术的微纳复合自供能电池属性使得它可以为许多这些微型传感器解决棘手的供能问题。例如，陈伟超等人在“一种用于交通安全的高速公路防护栏”(现代经济信息，2019(14):371)设计了一种依靠双闪警示灯和蜂鸣器提高道路安全性的防护栏，其底部安装有重力传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种与百叶窗结合的微纳复合自供能装置，其特征在于：包括发电膜、框架、硬质平行板和驱动结构，所述发电膜包括第一电极和第二电极，所述第一电极是驻极体聚合物薄膜/镀铜层/液晶聚合物LCP/镀铜层/驻极体聚合物薄膜五层复合结构；所述第二电极是镀铜层/液晶聚合物LCP/镀铜层三层复合结构，即衬底铜箔；/n所述框架用于固定支撑整个装置，多个硬质平行板相互平行设置于框架内，作为百叶窗的叶片部分，各硬质平行板下边缘处均沿其长度粘贴有若干发电膜；所述第一电极和第二电极交错布置，即同一硬质平行板上粘贴相同电极，相邻硬质平行板上粘贴不同电极；在风力作用下相互振动，能够实现持续发电；/n所述驱动结构包括齿条和多个具有相同参数的齿轮，多个齿轮与多个硬质平行板一一对应设置，其中心轴穿过所述框架与硬质平行板连接，通过驱动齿条带动各齿轮旋转，进而带动各硬质平行板转动，实现百叶窗的开合。/n

【技术特征摘要】
1.一种与百叶窗结合的微纳复合自供能装置，其特征在于：包括发电膜、框架、硬质平行板和驱动结构，所述发电膜包括第一电极和第二电极，所述第一电极是驻极体聚合物薄膜/镀铜层/液晶聚合物LCP/镀铜层/驻极体聚合物薄膜五层复合结构；所述第二电极是镀铜层/液晶聚合物LCP/镀铜层三层复合结构，即衬底铜箔；
所述框架用于固定支撑整个装置，多个硬质平行板相互平行设置于框架内，作为百叶窗的叶片部分，各硬质平行板下边缘处均沿其长度粘贴有若干发电膜；所述第一电极和第二电极交错布置，即同一硬质平行板上粘贴相同电极，相邻硬质平行板上粘贴不同电极；在风力作用下相互振动，能够实现持续发电；
所述驱动结构包括齿条和多个具有相同参数的齿轮，多个齿轮与多个硬质平行板一一对应设置，其中心轴穿过所述框架与...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶凯，毛挺，杨善清，袁仕俊，章静楠，黄鼎，陈明麟，陈振生，张健，高洋洋，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61