一种基于摩擦纳米发电机机械能回收地板制造技术

本发明专利技术属于地板技术领域，具体涉及一种基于摩擦纳米发电机机械能回收地板，包括地板、能量回收单元、PTFE薄膜、封装板、定位板、无极电容与储能单元，本发明专利技术基于TENG原理，将摩擦纳米发电机与地板相结合，以Polyethylene terephthalate（PET，俗称涤纶树脂）材料为起电材料，通过铜金属薄膜吸附电子在外电路产生电流，将摩擦纳米发电机与地板相结合，摩擦纳米发电机（TENG）是基于随时间变化的电场而产生的感应电流，以及介质极化所引起的静电荷微小位移所产生的电流，即位移电流实现机械能向电能的转化。能的转化。能的转化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于摩擦纳米发电机机械能回收地板


[0001]本专利技术属于地板
，具体涉及一种基于摩擦纳米发电机机械能回收地板。

技术介绍

[0002]可再生能源是从地球自然资源中提取的能量，这些资源不是有限的或可耗尽的，是依赖化石燃料的传统能源的有效替代品。但是它们的使用和推广受到地域、时间和空间的限制，而且基础建设成本高昂，甚至从产品生命全周期角度会形成更大的资源消耗和污染。如果能将日常生活中存在的广大低频机械能加以收回和利用，不仅可以有效补充现有新能源类型，减少对传统化石能源的依赖，而且不受环境和地域的限制。通过对生物机械能的集成捕获和利用，不仅可以提高能源利用率，加快构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系。
[0003]为此提供了基于摩擦纳米发电机技术设计开发一种可以实现能量收集的功能地板的工作原理及结构设计，普通地板没有将机械能转化电能的功能，现有的发电地板是由压电晶体构成，摩擦纳米发电机较压电晶体而言成本较低，且不用外部供电设备。利用摩擦纳米发电机机械能回收地板能有有效解决人口密集地方供电不足，或忽然停电的问题，且可以清洁高效地将机械能转化为电能，符合绿色环保理念。

技术实现思路

[0004]本专利技术基于TENG原理，将摩擦纳米发电机与地板相结合，以Polyethylene terephthalate（PET，俗称涤纶树脂）材料为起电材料，通过铜金属薄膜吸附电子在外电路产生电流，当人们踩踏地板时，会产生机械能，将这过程中产生的机械能转化为电能，由于能量转化系统依赖于人们踩踏地板时的机械能进行工作，其有着较高的能量转化效率。
[0005]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术是通过以下技术方案实现：一种基于摩擦纳米发电机机械能回收地板，其特征在于，包括地板、能量回收单元、PTFE薄膜、封装板、定位板、无极电容与储能单元，所述能量回收单元包括用于隔绝铜电极与外界环境的绝缘薄膜、用于提供能量回收单元物理框架的PET对扣双弧形结构、用于产生极化电场的Kapton薄膜与PMMA薄膜、用于平衡极化电场驱动负载的铜电极、用于将输入的交流电压转化为直流电压输出的整流桥与用于将能量回收效果可视化的直流LED灯。
[0006]进一步的，所述能量回收单元设有的起电材料为PET材料，所述能量回收单元设有用于吸附电子在外电路产生电流的铜金属薄膜，所述PET材料与铜金属薄膜组成用于将机械能转化为电能的能量转化单元。
[0007]进一步的，地板，作为整个能量收集系统的一部分，地板置于系统的最上层，在被人们踩踏时做竖直方向的往返运动，将机械能传递给能量回收单元；能量回收单元，多个能量回收单元并联，在具体环境下应用时应根据负载功率的要求进行串、并联；封装板，分为五个部分围在整个系统的四周和底部，为能量回收系统提供隔绝的
空间，保证工作环境的同时能最大限度的提高安装效率，并保证地板竖直运动，各单元同步等量形变；定位板，为能量回收单元在封装板安装时提供定位，保证安装精度以使多个单元受力均匀；无极电容，机械能转化来的电能先对无极电容进行充电，再将电能释放在电路中，以避免脉冲电信号对电路造成冲击；储能单元，经由无极电容的电能被储能单元储存起来，可以控制电能释放时间，有效利用转化来的能量。
[0008]进一步的，绝缘薄膜，用于隔绝铜电极与外界环境，以免铜电极与外界发生电子转移；另一方面防止铜电极与空气中的O2和H2O反应而发生氧化；PET对扣双弧形结构，为能量收集单位提供物理框架，当人们踩踏地板时，PET对扣双弧形结构压缩发生弹性变形；当人们离开地板区域，PET对扣双弧形结构恢复弹性变形；Kapton薄膜和PMMA薄膜，在摩擦电序列中，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）易失电子，聚酰亚胺（Kapton）易得电子；PMMA 薄膜和Kapton薄膜用于产生极化电场，将机械能转化为电能；铜电极，两片铜电极对称贴于PET对扣双弧形结构的外表面，铜电极内部的电子在外电路移动平衡极化电场，同时驱动负载；整流桥，采用型号为KKBPC5010，最大耐压1000 V，最大限流50 A的整流器。其主要功能为将输入的交流电压转化为直流电压输出；直流LED灯，作为负载连接于能量回收电路，主要功能为将能量回收效果可视化。
[0009]进一步的，包括以下步骤：S1：两片铜电极之间连接负载；S2：地板受力，能量回收单元受压发生弹性形变；S3：PET对扣双弧形结构的上、下内表面相互靠近；S4：PET对扣双弧形结构的上表面的铜电极感应出负电，下表面的铜电极感应出正电，外电路出现上铜电极向下铜电极方向的电流；S5：PET对扣双弧形结构的上、下内表面完全挤压在一起，形成最大的电势差，外电路没有电子转移；S6：地板停止受力，PET对扣双弧形结构的形变逐渐释放；S7：PET对扣双弧形结构的上、下内表面之间的电势差逐渐减小，在铜电极上对应的感应电势随之减小，出现从下侧铜电极到上侧铜电极的电流；S8：能量回收单元恢复初始状态，开始新一轮的循环。
[0010]当地板受压时，PET对扣双弧形结构被压缩，PET对扣双弧形结构上下壁发生静电感应，两侧铜电极分别得到感应电势，在与之相连的导线末端形成电势差。当人们离开地板时，PET对扣双弧形结构恢复变形，电势差消失；在此过程中，机械能转化为电能并输出交流电压。
[0011]进一步的，所述能量回收单元的电极宽度为2cm，所述能量回收单元的工作形变量为0.2cm。
[0012]本专利技术的有益效果：本专利技术将摩擦纳米发电机与地板相结合，摩擦纳米发电机
(TENG)是基于随时间变化的电场而产生的感应电流，以及介质极化所引起的静电荷微小位移所产生的电流，即位移电流实现机械能向电能的转化。从物理效应来看，它是基于两种材料的接触摩擦，产生静电感应并对外输出电流。根据摩擦纳米发电机静电感应的垂直接触
‑
分离式的工作特征，收集踩踏地板过程中产生的机械能，以TENG技术为内核，可以高效地将日常生产生活中大量存在的低频机械能转化为电能，装置结构简单、建造低廉，可以广泛应用于人流密集的场所收集机械能，可将转化的电能用于照明或其他用电设施；外表与普通地板一致，当人们经过地板时输出电信号，可作为传感器布置在安保要求较高的场所代替需要外接电源的传感器，达到节能的目的。
[0013]现有的发电地板是利用压电材料（压电晶体）的压电效应将机械能转化为电能。本专利技术以摩擦纳米发电机为内核，与压电材料相比，摩擦纳米发电机成本低，且可以高效、清洁的将低频机械能转化为电能，通过对能量回收单元的结构参数和电压输出特性进行研究，以优化结构参数提高输出功率。该结构设计对原材料要求低，有良好的工艺性，通过优化地板电极宽度使每个单元形变均匀，提高综合功率输出，延长使用寿命；设计有能量存储原件，能够将转化来的电能储存起来给其他设施供电；TENG是基于两种材料的接触摩擦，产生静电感应并对外输出电流，其对低频能量的收集有着独特的优势。实验表明，针对低频率的机械能，单一能量回收单元可实现高达50 %的能量回收率。
[0014]当本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于摩擦纳米发电机机械能回收地板，其特征在于，包括地板（1）、能量回收单元（2）、PTFE薄膜（3）、封装板（4）、定位板（5）、无极电容（7）与储能单元，所述能量回收单元（2）包括用于隔绝铜电极（202）与外界环境的绝缘薄膜（201）、用于提供能量回收单元（2）物理框架的PET对扣双弧形结构（205）、用于产生极化电场的Kapton薄膜（203）与PMMA薄膜（204）、用于平衡极化电场驱动负载（6）的铜电极（202）、用于将输入的交流电压转化为直流电压输出的整流桥（207）与用于将能量回收效果可视化的直流LED灯（206）。2.如权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机机械能回收地板，其特征在于，包括：地板（1），作为整个能量收集系统的一部分，地板（1）置于系统的最上层，在被人们踩踏时做竖直方向的往返运动，将机械能传递给能量回收单元（2）；能量回收单元（2），多个能量回收单元（2）并联，在具体环境下应用时应根据负载（6）功率的要求进行串、并联；封装板（4），分为五个部分围在整个系统的四周和底部，为能量回收系统提供隔绝的空间，保证工作环境的同时能最大限度的提高安装效率，并保证地板（1）竖直运动，各单元同步等量形变；定位板（5），为能量回收单元（2）在封装板（4）安装时提供定位，保证安装精度以使多个单元受力均匀；无极电容（7），机械能转化来的电能先对无极电容（7）进行充电，再将电能释放在电路中，以避免脉冲电信号对电路造成冲击；储能单元，经由无极电容（7）的电能被储能单元储存起来，可以控制电能释放时间，有效利用转化来的能量。3.如权利要求2所述的一种基于摩擦纳米发电机机械能回收地板，其特征在于，所述能量回收单元（2）包括：绝缘薄膜（201），用于隔绝铜电极（202）与外界环境，以免铜电极（202）与外界发生电子转移；另一方面防止铜电极（202）与空气中的O2和H2O反应而发生氧化；PET对扣双弧形结构（205），为能量收集单位提供物理框架，当人们踩踏地板（1）时，PET对扣双弧形结构（205）压缩发生弹性变形；当人们离开地板（1）区域，PET对扣双弧形结构（205）恢复弹性变形；Kapton薄膜（203）和PMMA薄膜（204）...

【专利技术属性】
技术研发人员：王萍，龙威，刘文楷，向琴，刘云龙，王鹏洋，李萌，冯朗，辛晓承，赵章行，高浩，王雪娇，印玉廷，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：