本发明专利技术公开了一种能量收集装置及其收集方法，本装置的电极、介电层、疏水层和导电流体组成一个平板电容器。气体在施加的机械力作用下，通过下层基板、电极、介电层和疏水层上的孔隙，流入导电流体区域。气体在导电流体中快速扩大和减小，改变了导电流体与疏水层之间的接触面积，导致电容发生变化，从而在外电路形成电流。产生的电流在外电路的负载上做功，产生能量，通过储能器件收集能量，达到能量收集的目的。本发明专利技术将生活中常见的低频机械运动过程转化为器件内部气体的变化过程，达到对低频机械运动产生的能量进行有效收集的目的。本发明专利技术能利用广泛的机械力，将机械能转化为电能。将机械能转化为电能。将机械能转化为电能。
【技术实现步骤摘要】
一种能量收集装置及其收集方法
[0001]本专利技术属于能量收集技术，具体涉及一种能量收集装置及其收集方法。
技术介绍
[0002]能量收集技术是一种从周边环境中收集能量并将其转换成电能的技术。在日常生活中，可收集的能量有很多种形式，如光能、热能、机械能等。许多情况下，可以从机械运动中收集能量为电子设备供电。
[0003]对于机械运动所产生的能量，现有的能量收集技术主要有三种：电磁能量收集技术、压电能量收集技术和摩擦纳米发电机。电磁能量收集技术是基于法拉第电磁感应定律。在电磁能量收集器中，当外界振动作用于器件时，永磁铁与线圈之间产生相对运动，引起线圈中磁通量发生变化，产生感应电动势。压电能量收集技术利用压电材料，当材料受到机械应变时，压电材料能够产生电荷并因此产生电压。摩擦纳米发电机是利用摩擦起电和静电感应的原理将机械能转化为电能的器件。当器件收到机械力时，两种摩擦电材料之间产生接触摩擦和分离的运动，在分离时两种摩擦电材料形成电势差，经由外部电路连接可输出电流，从而将机械能转换为电能。电磁能量收集技术和压电能量收集技术对高频机械运动产生的能量能进行有效的收集；但对低频机械运动产生的能量，如人体行走等产生的能量，这些能量收集技术的可靠性还有待进一步提升。虽然摩擦纳米发电机对低频机械运动产生的能量能进行有效的收集，但是其通常要求电极经受持续的固体
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固体摩擦，导致材料劣化，直接影响发电机的寿命和可靠性。目前，这些技术还处于发展中。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提出一种能量收集装置及其收集方法，该能量收集装置将低频机械运动过程转化为该能量收集装置内部气体在导电液体中的变化过程。在此变化过程中，导电液体与疏水层的接触面积会发生变化，使得电极、介电层、疏水层和导电流体组成的平板电容器的电容发生变化。通过REWOD，将该过程所产生的能量转化为电能，达到对低频机械运动过程产生的能量进行有效收集的目的。
[0005]实现本专利技术的技术解决方案为：一种能量收集装置，包括，上层基板；下层基板；排布在下层基板上表面的电极；贴在上层基板下表面的薄膜；设置在电极上表面的介电层；涂覆在介电层上表面的疏水层；填充于薄膜和疏水层之间的导电流体；下层基板和上层基板组合后被置于两个腔室之间，两个腔室分别为顶部腔室和底部腔室，顶部腔室和底部腔室内分别填充有气体；
顶部腔室和底部腔室之间设有单向止回阀，实现气体由顶部腔室流回底部腔室。
[0006]一种能量收集装置的收集方法，方法如下：当外部机械力挤压底部腔室，气体通过第二孔隙，流入导电流体区域；气体在导电流体中快速扩大和缩小，从而产生多个气泡；在气体在导电流体中快速扩大的过程中，气体改变了导电流体与疏水层之间的接触面积，导致平板电容器的电容发生变化，从而在外电路形成电流；产生的电流在外电路的负载上做功，产生能量，从而实现机械能到电能的转化；当一个气泡产生后，导电流体重新填充此区域直到下一个气泡产生；当气泡接触到薄膜后，气泡中的气体通过薄膜和第一孔隙流入顶部腔室；在机械力移除后，气体从顶部腔室通过单向止回阀由顶部腔室流回底部腔室，导电流体重新填充于疏水层和薄膜之间。
[0007]本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：（1）能利用广泛的机械力。
[0008]（2）对于低频机械运动产生的能量，能进行有效的收集。
[0009]（3）器件结构简单，应用场景广泛。
附图说明
[0010]图1是本专利技术的能量收集装置的爆炸图。
[0011]图2是本专利技术实施例1的能量收集装置在未施加机械力时的横截面结构剖视图。
[0012]图3是本专利技术实施例1的能量收集装置在施加机械力时的横截面结构剖视图。
具体实施方式
[0013]下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。
[0014]本专利技术提出了一种与电介质上的电润湿(Electrowetting On Dielectric，EWOD)相关的机械能转换为电能的能量收集新方法，此能量收集方法称为电介质上的逆电润湿(Reverse Electrowetting On Dielectric，REWOD)。在这种方法中，当液滴在外加机械力的作用下在两个电介质涂层电极之间周期性变形时，引起电极
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导电液滴界面面积的周期性变化。界面面积的这种周期性变化引起液
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固界面电容的变化，并迫使电流在负载电阻器上来回流动以产生电能。该方法能利用广泛的机械力，将机械能转化为电能，对低频机械运动产生的能量进行有效的收集。使用该方法的能量收集装置，可以放置在鞋底收集人在低频机械运动中产生的能量，或收集其他低频机械运动产生的能量。
[0015]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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有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。
[0016]结合图1，本专利技术所述的能量收集装置包括：上层基板8；下层基板1；电极2，电极2被排布在下层基板1的上表面；薄膜7，薄膜7贴在上层基板8的下表面；单向止回阀5；介电层3，介电层3被设置在电极2上表面；疏水层4，疏水层4被涂覆在介电层3上表面；导电流体6，导电流体6被填充于疏水层4和薄膜7之间；下层基板1和上层基板8组合后被置于两个腔室之间，两个腔室分别为顶部腔室10和底部腔室16，气体14被填充在顶部腔室10和底部腔室16中。
[0017]上层基板8和下层基板1采用二氧化硅，其中，上层基板8上自上而下开有若干个第一孔隙9。
[0018]电极2采用导电性能良好的材料，如铝、氧化铟锡。
[0019]介电层3为固体介电层，是具有比较高的相对介电常数的固体材料，如氧化铝、二氧化硅、氧化钛中的一种。
[0020]疏水层4为氟聚合物，如Teflon、Cytop中的一种。自下层基板1下表面向上穿过电极2、介电层3和疏水层4开设若干第二孔隙13。第一孔隙9的直径小于第二孔隙13的直径。
[0021]导电流体6为导电液体。导电液体采用酸溶液、碱溶液和盐溶液中的一种。导电液体不会润湿薄膜7（四氟乙烯疏水膜），也不能穿过薄膜7。
[0022]气体14采用空气、惰性气体中的一种。气体14能快速通过薄膜7。
[0023]电极2、介电层3、疏水层4和导电流体6组成一个平板电容器。气体14在施加的机械力作用下，通过第二孔隙13流入导电流体6的区域，气体14在导电流体6中不断扩大，减少了导电流体6与疏水层4之间的接触面积，导致平板电容器的电容减小，电容可存储的电荷变少，电荷从平板电容器流出，在外电路形成电流，产生的电流在外电路的负载上做功，产生能量，从而实现机械能到电能的转化。
[0024]所述能量收集装置还包括偏置电压源12和储能器件11，所述偏置电压源12为直流电压源，偏置电压源12与电极2和导电流体6连接本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种能量收集装置，其特征在于：包括，上层基板（8）；下层基板（1）；排布在下层基板（1）上表面的电极（2）；贴在上层基板（8）下表面的薄膜（7）；设置在电极（2）上表面的介电层（3）；涂覆在介电层（3）上表面的疏水层（4）；填充于薄膜（7）和疏水层（4）之间的导电流体（6）；下层基板（8）和上层基板（1）组合后被置于两个腔室之间，两个腔室分别为顶部腔室（10）和底部腔室（16），顶部腔室（10）和底部腔室（16）内分别填充有气体（14）；顶部腔室（10）和底部腔室（16）之间设有单向止回阀（5），实现气体（14）由顶部腔室（10）流回底部腔室（16）。2.根据权利要求1所述的能量收集装置，其特征在于：上层基板（8）和下层基板（1）采用二氧化硅，其中，上层基板（8）上自上而下开有若干第一孔隙（9）。3.根据权利要求2所述的能量收集装置，其特征在于：薄膜（7）采用聚四氟乙烯疏水膜，薄膜（7）不开孔，介电层（3）为固体介电层。4.根据权利要求3所述的能量收集装置，其特征在于：疏水层（4）为氟聚合物，自下层基板（1）下表面向上穿过电极（2）、介电层（3）和疏水层（4）开设若干第二孔隙（13）。5.根据权利要求4所述的能量收集装置，其特征在于：导电流体（6）为导电液体，导电液体不会润湿薄膜（7），也不能穿过薄膜（7）。6.根据权利要求5所述的能量收集装置，其特征在于：气体（14）采用空气、惰性气体中的一种。7.根据权利要求6所述的能量收集装置，其特征在于：电极（2）、介电层（3）、疏...
【专利技术属性】
技术研发人员：王伟强，胡富城，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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