【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及能量转化领域，特别涉及一种基于俘获电荷的密闭式能量收集器，能够将机械能转化为电能。
技术介绍
1、能源是关系到人类社会可持续发展的重要问题之一。考虑到煤炭、石油等一次能源的大量消耗和环境的日益恶化，发展清洁、绿色、可再生的新能源势在必行。海洋能是世界范围内新能源研究的一个重要方向。例如，波浪能在海洋能中所占比重较大，估计可达700亿千瓦，占海洋总能的94％。目前波浪能收集的主要途径仍存在建设成本高、中间环节多、效率低、输出功率波动大等问题，从而极大地影响了波浪能发电的规模化开发利用。近年来，基于摩擦起电和静电感应原理的纳米发电机技术开辟了能量收集的新领域。该技术具有结构简单、成本低的优点，特别适用于收集低密度波浪能。因此，该技术在海洋蓝色能源的收集利用中具有良好的发展和应用前景。与基于固体-固体的纳米发电机相比，液体-固体纳米发电机可以避免表面磨损，并且液体的流动性增加了固体和液体之间的接触面积。此外，用于发电的液体(如纯水、氯化钠溶液和雨水)来源广泛，合成成本低。上述优点使液-固纳米发电机比固-固纳米发电机效率更高、成本更低、使用寿命更长。因此，研究液-固纳米发电机是很有价值的。然而，尽管基于液体的摩擦纳米发电机(liquid basedtriboelectric nanogenerator，l-teng)技术在可再生能源领域具有巨大潜力，但它仍然面临着一些技术瓶颈，阻碍了该技术的广泛应用和普及。
2、首先，l-teng的体积电荷输出密度较低。器件电荷输出密度低导致器件的输出电流密度低、输出功率密度低
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种基于俘获电荷的密闭式能量收集器，能够制备基于俘获电荷的封闭型管状固液界面纳米发电机来收集低频晃动能量，通过在管两端疏水层表面设置俘获电荷，采用均匀电润湿辅助电荷注入方法对疏水含氟聚合物薄膜进行预充电，可以显著增加有效表面电荷密度来极大地提高电输出，是其表面具有稳定的俘获电荷，进一步组装成封闭型能量收集器。
2、本专利技术旨在解决固液界面纳米发电机电荷输出密度低、抗干扰能力差的缺点和制备复杂等挑战，提供了一种普适的高输出、高稳定性的固液界面纳米发电机，可用于人体运动、波浪、机器振动等多种能量收集，本专利技术的能量收集器优点在于体积电荷输出密度高、输出稳定、制备工艺简单，在海浪能量收集、能源供应和自供电设备方面具有广阔的应用前景。
3、本专利技术至少通过如下技术方案之一实现。
4、一种基于俘获电荷的密闭式能量收集器，包括疏水的管子、管子两端预充电的基板，管子内填充液体；两端基板包括导电层和介电层，采用均匀电润湿辅助电荷注入对介电层的疏水含氟聚合物薄膜进行预充电，进而获得更高的电荷密度；两端基板与管子组装成能量收集器，当液体与固体表面接触时，会在固液界面形成双电层，管两端基板的含氟聚合物表面带负电，通过静电感应吸引液体中的正电荷进而形成双电子层，当管子在外力作用下晃动，双电层会随之发生变化，引起两端电极层中的感应电荷发生变化，电荷在外电路中转移形成电流。
5、进一步地，所述管子的材质为聚丙烯、硅胶、石英玻璃、聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物。
6、进一步地，导电层和介电层为ito玻璃、单面抛光单面氧硅片、单面抛光双面氧硅片。
7、进一步地，所述液体为酸碱盐溶液。
8、进一步地，所述管子直径范围为0.5-8.0cm，长度范围为3-15.0cm。
9、进一步地，所述介电层为含氟聚合物薄膜和单面氧化硅晶片的sio2层，硅晶片的硅层作为极板；在超净间中，将含氟聚合物薄膜旋涂在sio2表面上，并使用聚丙烯(pp)胶带掩模来限定要充电的表面区域。
10、进一步地，所述极板与导电银丝材料连接作为电极。
11、进一步地，所述极板使用漆包线来连接两个电极和外部电路。
12、进一步地，在介电层上施加充电电压之后，去除电压和水，得到充电含氟聚合物基板。
13、进一步地，所述填充于管子内部的液体填充量为管子的一半。
14、与现有的技术相比，本专利技术的有益效果为：
15、1、本专利技术的能量收集器电荷密度高：基于最近发现的电润湿辅助电荷注入homogeneous electrowetting-assisted charge injection(h-ewci)现象，采用均匀电润湿辅助电荷注入方法对疏水含氟聚合物薄膜进行预充电，进而获得更高的电荷密度；该充电方法的优点是捕获的电荷高度稳定，即使在水蒸气环境中，负电荷的密度也不会降低。与未充电基板相比，开路电压提高了9倍。
16、2、两个相对的疏水表面来密封管子两端，将液体(去离子水)存储在这个封闭的结构中，当液体与固体表面接触时，会在固液界面形成双电层，管两端基板的含氟聚合物表面带负电，通过静电感应吸引液体中的正电荷进而形成双电子层，当管子在外力作用下晃动，双电层会随之发生变化，引起两端电极层中的感应电荷发生变化，电荷在外电路中本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于俘获电荷的密闭式能量收集器，其特征在于，包括疏水的管子、管子两端预充电的基板，管子内填充液体；两端基板包括导电层和介电层，采用均匀电润湿辅助电荷注入对介电层的疏水含氟聚合物薄膜进行预充电，进而获得更高的电荷密度；两端基板与管子组装成能量收集器，当液体与固体表面接触时，会在固液界面形成双电层，管两端基板的含氟聚合物表面带负电，通过静电感应吸引液体中的正电荷进而形成双电子层，当管子在外力作用下晃动，双电层会随之发生变化，引起两端电极层中的感应电荷发生变化，电荷在外电路中转移形成电流。
2.根据权利要求1所述的一种基于俘获电荷的密闭式能量收集器，其特征在于，所述管子的材质为聚丙烯、硅胶、石英玻璃、聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物。
3.根据权利要求1所述的一种基于俘获电荷的密闭式能量收集器，其特征在于，导电层和介电层为ITO玻璃、单面抛光单面氧硅片、单面抛光双面氧硅片。
4.根据权利要求1所述的一种基于俘获电荷的密闭式能量收集器，其特征在于，所述液体为酸碱盐溶液、超纯水或离子液体。
5.根据权利要求1所述的一种基于俘获电荷的密闭
6.根据权利要求1所述的一种基于俘获电荷的密闭式能量收集器，其特征在于，所述介电层为含氟聚合物薄膜和单面氧化硅晶片的SiO2层，硅晶片的硅层作为极板；将含氟聚合物薄膜旋涂在SiO2表面上，并使用聚丙烯(PP)胶带掩模来限定要充电的表面区域。
7.根据权利要求6所述的一种基于俘获电荷的密闭式能量收集器，其特征在于，所述极板与导电银丝材料连接作为电极。
8.根据权利要求6所述的一种基于俘获电荷的密闭式能量收集器，其特征在于，所述极板使用漆包线来连接两个电极和外部电路。
9.根据权利要求6所述的一种基于俘获电荷的密闭式能量收集器，其特征在于，在介电层上施加充电电压之后，去除电压和水，得到充电含氟聚合物基板。
10.根据权利要求1～9任一项所述的一种基于俘获电荷的密闭式能量收集器，其特征在于，所述填充于管子内部的液体填充量为管子的一半。
...【技术特征摘要】
1.一种基于俘获电荷的密闭式能量收集器，其特征在于，包括疏水的管子、管子两端预充电的基板，管子内填充液体；两端基板包括导电层和介电层，采用均匀电润湿辅助电荷注入对介电层的疏水含氟聚合物薄膜进行预充电，进而获得更高的电荷密度；两端基板与管子组装成能量收集器，当液体与固体表面接触时，会在固液界面形成双电层，管两端基板的含氟聚合物表面带负电，通过静电感应吸引液体中的正电荷进而形成双电子层，当管子在外力作用下晃动，双电层会随之发生变化，引起两端电极层中的感应电荷发生变化，电荷在外电路中转移形成电流。
2.根据权利要求1所述的一种基于俘获电荷的密闭式能量收集器，其特征在于，所述管子的材质为聚丙烯、硅胶、石英玻璃、聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物。
3.根据权利要求1所述的一种基于俘获电荷的密闭式能量收集器，其特征在于，导电层和介电层为ito玻璃、单面抛光单面氧硅片、单面抛光双面氧硅片。
4.根据权利要求1所述的一种基于俘获电荷的密闭式能量收集器，其特征在于，所述液体为酸碱盐溶液、超纯水或离子液体。
<...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。