【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电磁感应发电领域，涉及一种基于柔性磁复合膜的液滴发电机及其制备方法，可实现将微小液滴能量转化成电能。
技术介绍
1、电力作为一种清洁易用、可控的能源，为人类社会的日常运转提供了强有力的能源支撑，有效推动了电气化和智能化的快速发展。然而，作为发电的主要原料，不可再生的化石能源(石油、天然气等)储量正在迅速减少，预计只能维持50年。近年来，科研人员尝试开发和利用核能、太阳能、风能和水能等可再生能源发电，这些能源预计将在未来发挥越来越重要的作用。水覆盖了地球表面的71.8％，是世界上最大的可再生能源；水储存了大量的势能和机械能，可以利用电磁发电机将其转化为电能。由此可见，将水能转化为电能有望显著缓解能源危机问题。然而，传统的电磁发电机价格昂贵、体积庞大、无法移动，且无法收集分散、质量轻的水能，如雨滴和雾滴。因此，亟需开发一种新的发电模式以及收集分散水滴能量的设备。
2、基于液/固界面的电荷转移，人们提出了许多可扩展的用于收集分散水能的模型，包括纳米摩擦发电机(tengs)[nano energy 90(2021)106592,nano energy 100(2022)107522]、反向电浸润发电机[nat.commun.2(2011)448，j.mol.liq.267(2018)187-191]和基于液滴的发电机[nature,578(2020)392-396,nanoscale,13(41)(2021)17290-17309]。当液滴接触并离开柔性固体摩擦材料表面时，液体/固体界面上的少量正/负电荷将转移
3、基于法拉第电磁感应定律的电能产生方法可以打破现有表面电荷转移方法的限制。ma等人[adv.mater.32(50)(2020)2006839,nano energy 83(2021)105846]提出了一种超疏水磁电发电机，包括两种形式：基于弹簧的磁电发电机和基于液滴的磁电发电机，它能产生更高的电荷，输出更好的电性能，同时不受固体表面电荷饱和密度的影响。然而，这种磁电发生器的开放式封装结构对安装精度要求较高，容易受到外部环境的影响，如在高湿度条件下弹簧生锈、空气中的油滴不稳定(如甘油液滴会吸收空气中的水分)、耐久性差等，导致性能下降，不能够持续为外设提供能源。此外，弹簧具有一定的刚度，对液滴大小具有一定的要求，过于微小的液滴将无法产生足够大的变形响应。如果能够将发电机的致动部件用柔性材料代替，并赋予其相应的超疏水特性，将可以得到能在高湿度环境下稳定工作的密封式柔性液滴发电机，有望为电气设备提供持续高性能的电能。但目前基于电磁转换效应的柔性密封性式液滴发电机尚未见报道。
4、综上所述，现有技术存在的问题包括：
5、(1)现有技术中，用于收集液滴能量的发电机发电原理主要是摩擦发电式、反向电浸润式和液滴接触式，这些发电机制易受到固体表面电荷密度饱和、表面电荷稳定性以及周围环境的限制；
6、(2)现有的基于电磁转换效应的发电机为开放式安装，易受到外部环境的影响，且对安装精度要求较高，对收集小液滴能量具有一定的局限性，且不能持续输出稳定的电能。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于柔性磁复合膜的液滴发电机及其制备方法，其主要目的是将液滴因势能产生的机械能转换成电能，为灯泡、电容器、电机等设备提供电源。由于目前缺乏有关柔性电磁材料和液滴发电机的结构设计，导致基于柔性磁复合膜的液滴发电机尚未见报道；本专利技术首次提出基于电磁转换效应的柔性液滴发电机。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种基于柔性磁复合膜的液滴发电机，所述基于柔性磁复合膜的液滴发电机包括柔性激励部件、发电部件和支撑部件：所述支撑部件的上表面设置柔性激励部件，支撑部件内部设置发电部件。当从高处落下的液滴作用于液滴发电机表面的柔性激励部件时，柔性激励部件发生形变与震荡，使得发电部件连续受到外界的磁效应作用，产生瞬时感应电压、电流，并将产生的电信号通过两电极输出。
4、进一步的，所述的液滴发电机可周期化、阵列化排布于屋顶、大型倾斜面板等环境中。所用于阵列的液滴发电机在结构、体积大小等上均一致。
5、进一步的，所述的液滴发电机至少2个，将多个发电机中的发电部件进行串联或并联，从而更高效收集雨滴能量，且具有更高的能量密度。
6、根据发电部件运动形式的不同，所述的基于柔性磁复合膜的液滴发电机包括两种结构，具体为：基于非磁性激励部件的液滴发电机和基于磁性激励部件的液滴发电机，分为两种不同的工作模式：工作模式一和工作模式二。
7、工作模式一工作过程：基于非磁性激励部件的液滴发电机，柔性激励部件为非磁性膜，需要外置磁场激励源(钕强磁铁)。当液滴作用于该模式的液滴发电机时，促使发电机表面的非磁性激励部件发生振动，带动发电部件在垂直于磁铁表面方向上进行往复运动，导致穿过发电部件的磁通量发生变化，引起感应电动势的产生，从而产生电流，并通过外置导电电极输出。
8、工作模式二工作过程：基于磁性激励部件的液滴发电机，柔性激励部件本身具有磁性，无需外置磁场激励源(钕强磁铁)。当液滴作用于该模式的液滴发电机时，促使发电机表面的磁性激励部件发生振动，随着磁性激励部件的上下振动，使得穿过发电部件的磁通量发生变化，引起感应电动势的产生，从而产生电流，并通过外置导电电极输出。
9、具体如下：
10、1)工作模式一：所述的液滴发电机中：所述柔性激励部件为柔性超疏水磁复合膜，复合膜表面具有微纳米结构，使其表面具有超疏水性，且该膜不可通过充磁方式获得磁性，即自身不具备磁性，需配置外磁场激励源(钕强磁铁)；所述支撑部件为由亚克力支撑板构成的上方开口的空心结构，其上表面覆盖柔性疏水膜；所述发电部件包括导电线圈和钕强磁铁，导电线圈位于柔性疏水膜下表面，导电线圈两端通过导线与外部的正负电极连接；所钕强磁铁位于支撑部件底面上，且位于导电线圈下方。所述的柔性激励部件不具有磁性，磁效应由底部固定的钕强磁铁提供，中心表磁强度为3500-4500gs。当液滴作用于液滴发电机时，促使柔性超疏水柔性磁复合膜发生振动，柔性超疏水柔性磁复合膜的振动带动导电线圈在垂直于磁铁表面方向上进行往复运动，导致穿过导电线圈的磁通量发生变化，引起感应电动势的产生，从而产生电流，并通过外置导电电极输出，如图1所示。
11、进一步的，所述的钕强磁铁可为n35、n45、n45h、n52等型号的柱状钕铁硼磁铁，直径为16.5-100mm，厚度为3-20mm。该磁铁和柔性磁性激励部件均有两个充磁方向，分别为轴向(本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于柔性磁复合膜的液滴发电机，其特征在于，所述的基于柔性磁复合膜的液滴发电机包括柔性激励部件、发电部件和支撑部件：所述支撑部件的上表面设置柔性激励部件，支撑部件内部设置发电部件；当从高处落下的液滴作用于液滴发电机表面的柔性激励部件时，柔性激励部件发生形变与震荡，使得发电部件连续受到外界的磁效应作用，产生瞬时感应电压、电流，并将产生的电信号通过两电极输出。
2.根据权利要求1所述的一种基于柔性磁复合膜的液滴发电机，其特征在于，根据发电部件运动形式的不同，所述的液滴发电机包括两种结构：基于非磁性激励部件的液滴发电机和基于磁性激励部件的液滴发电机；
3.根据权利要求2所述的一种基于柔性磁复合膜的液滴发电机，其特征在于，所述的基于非磁性激励部件的液滴发电机：
4.根据权利要求2所述的一种基于柔性磁复合膜的液滴发电机，其特征在于，所述的基于磁性激励部件的液滴发电机中：
5.根据权利要求2所述的一种基于柔性磁复合膜的液滴发电机，其特征在于，所述的柔性激励部件为PDMS或橡胶或其他弹性优异的聚合物材料与磁颗粒混合制备的薄膜。
7.根据权利要求2所述的一种基于柔性磁复合膜的液滴发电机，其特征在于，所述的两种结构中的，导电线圈的匝数为300-5000匝，厚度为0.15mm-5cm，丝径为0.05-0.3mm，内阻≤300Ω。
8.根据权利要求2所述的一种基于柔性磁复合膜的液滴发电机，其特征在于，所述的两种结构中的，柔性激励部件尺寸、发电部件与磁性体间的距离和磁场强度可根据雨滴的大小和流量来制备。
9.根据权利要求1所述的一种基于柔性磁复合膜的液滴发电机，其特征在于，所述的液滴发电机至少两个，将多个发电机中的发电部件进行串联或并联，液滴发电机周期化、阵列化排布于具体环境中，能够高效收集雨滴能量。
10.一种权利要求1-9任一所述的基于柔性磁复合膜的液滴发电机的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于柔性磁复合膜的液滴发电机，其特征在于，所述的基于柔性磁复合膜的液滴发电机包括柔性激励部件、发电部件和支撑部件：所述支撑部件的上表面设置柔性激励部件，支撑部件内部设置发电部件；当从高处落下的液滴作用于液滴发电机表面的柔性激励部件时，柔性激励部件发生形变与震荡，使得发电部件连续受到外界的磁效应作用，产生瞬时感应电压、电流，并将产生的电信号通过两电极输出。
2.根据权利要求1所述的一种基于柔性磁复合膜的液滴发电机，其特征在于，根据发电部件运动形式的不同，所述的液滴发电机包括两种结构：基于非磁性激励部件的液滴发电机和基于磁性激励部件的液滴发电机；
3.根据权利要求2所述的一种基于柔性磁复合膜的液滴发电机，其特征在于，所述的基于非磁性激励部件的液滴发电机：
4.根据权利要求2所述的一种基于柔性磁复合膜的液滴发电机，其特征在于，所述的基于磁性激励部件的液滴发电机中：
5.根据权利要求2所述的一种基于柔性磁复合膜的液滴发电机，其特征在于，所述的柔性激励部件为pdms或橡胶或其他弹性优...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘新，张永辉，宋金龙，刘吉宇，张嘉豪，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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