[发明专利]基于电鳗仿生波浪能采集的摩擦纳米发电机及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及微纳米科学技术领域，特别是一种基于电鳗仿生波浪能采集的摩擦纳米发电机及其制作方法。

背景技术

随着世界范围内能源短缺和环境恶化的不断加剧，人们迫切寻找一种绿色环保的可持续能源，环境中存在大量的机械振动、人体运动、水能、风能等能源，如何高效绿色地将这些环境能源转换为可利用的能源成为当前的研究热点，故而纳米发电机的问世将环境中存在的振动等形式的能量转化为电能成为现实。

摩擦纳米发电机基于摩擦发电效应，通过两种不同材料的接触和分离实现电荷转移，从而产生电能输出。工作中的摩擦纳米发电机可以点亮数百个商用LED灯，被广泛应用在无线网络、传感器和便携式器件等领域，促进能源结构的变革。

目前，摩擦纳米发电机的研究一般局限在实验室干燥环境下的振动能量采集，且对振动源的要求较高，从而导致摩擦纳米发电机一直不能从稳定振动能扩展到水能、风能等能源不稳定、条件变化无常的环境能量中。

实用新型CN202818150U公开了一种纳米摩擦发电机，该发电机包括依次层叠设置的第一电机，第一高分子聚合物绝缘层，以及摩擦电机，第一高分子聚合物绝缘层和摩擦电极相对设置的两个面中的至少一个面上设置有微纳凹凸结构，所述第一电机和摩擦电机为摩擦发电机电压和电流输出电极，该发电机在借助外界力的情况下，实现相对运动下的摩擦发电，而由于设计的不足，在借助外界力时，太被动，使用的领域也有一定限制，无法利用如波浪能之类的自然界中的太多能量。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种基于电鳗仿生波浪能采集的摩擦纳米发电机及其制作方法，该摩擦纳米发电机能替代原有涡轮发电机等大型机械发电装置，利用波浪能实现摩擦进而发电，增强能量采集能力，提高能量采集效率，有效采集各波段波浪能，工艺简单，成本低，为推动波浪能发电的市场化提供一种新的方案。

为解决上述的技术问题，本发明的包括胀缩管结构和层间柔性纳米发电机结构，其中，所述层间柔性纳米发电机结构包括上振动摩擦板和下振动摩擦板，所述胀缩管结构包括具有高弹性的第一振动管和第二振动管，其中，所述第二振动管的内径大于第一振动管的内径；所述上振动摩擦板包括柔性电极和绝缘基底，所述柔性电极位于绝缘基底上；所述下振动摩擦板包括柔性电极、表面带有微纳米凸起结构的摩擦柔性可塑性聚合物薄膜和绝缘基底，所述聚合物薄膜和绝缘基底分别位于所述绝缘基底的上下两面上；所述下振动摩擦板设置在第一振动管的外壁；所述上振动摩擦板设置在第二振动管的内壁上，第一振动管和第二振动管套装在一起使得下振动摩擦板和上振动摩擦板之间保持静态距离。

进一步的，所述第二振动管外部设有高弹性的薄振动带，所述薄振动带通过刚性棍状材料固定在所述第二振动管外部。

进一步的，所述聚合物薄膜为表面带有金字塔结构阵列的聚合物薄膜。

本发明的一种基于电鳗仿生波浪能采集的摩擦纳米发电机的制作方法，其特征在于：所述方法包括：

1)将柔性电极粘合固定在绝缘基底上，制作成上振动摩擦板；

2)将柔性电极的一面粘合固定在表面带有微纳米凸起结构的摩擦柔性可塑性聚合物薄膜的不带有微纳米凸起结构的一面，将柔性电极的另一面粘合固定在绝缘基底上；

3)将第一振动管里填充一定量的液体，使得第一振动管膨胀到一定尺寸，并密封第一振动管；

4)将步骤(2)中的下振动摩擦板密排固定在步骤(3)中的第一振动管外表面，形成内层振动管；

5)将步骤(1)中的上振动摩擦板密排固定在第二振动管内表面，形成外层振动管；

6)将步骤(5)中的第二振动管套装在步骤(4)中的第一振动管外，使得下振动摩擦板和上振动摩擦板之间保持静态距离。

进一步的，所述步骤(4)中下振动摩擦板以环状或者鳞片状的方式密排固定在步骤(3)中的第一振动管外表面。

进一步的，所述步骤(5)中上振动摩擦板以环状或者鳞片状的方式密排固定在第二振动管内表面。

进一步的，所述步骤(6)中，将第二振动管套装在第一振动管外后，通过第一振动管和第二振动管之间充入氮气，使得下振动摩擦板和上振动摩擦板之间保持静态距离。

进一步的，所述下振动摩擦板和上振动摩擦板之间保持静态距离为1-100mm。

本发明采用的工作原理是：

1)基于激突波原理的膨缩发电