[发明专利]一种直流液滴发电机及其制备方法

权利要求书

1.一种直流液滴发电机，其特征在于：所述直流液滴发电机包括：固体表面（11）、上电极（12）、下电极（13）、集电针（14）、上电极引线（15）和下电极引线（16），所述固体表面（11）为疏水固体表面；所述上电极（12）和下电极（13）为导电材料；所述集电针（14）是一个附加到上电极的独立的导电尖端，或者由上电极上直接加工出一个导电尖端结构；所述上电极引线（15）和下电极引线（16）为金属或非金属的导电线，与电极相连；该直流发电机在液滴（17）的撞击下收集机械能并产生直流电，液滴为去离子水、雨水、江河水、海水、自来水或水溶液、有机溶液；所述固体表面（11）为接触起电或摩擦起电的材料，或为带有表面束缚电荷的材料；两个电极之间的距离在0.5-20厘米之间；其中，上电极（12）需要加工出一个导电尖端或外附一根导电尖端作为集电针；下电极（13）包含相同集电针结构或者不设置集电针；上电极（12）和下电极（13）的位置并不限制在固体表面的上方或下方，指的是相对位置，即液滴首先接触的电极为上电极（12），后接触的电极为下电极（13）；所述集电针（14）与电极相连，与液滴接触时具有一个相对细小的结构，可以与液滴有效接触和分离；该集电针的长度尺寸在0-20厘米之间； 所述直流液滴发电机输出是直流高压电，在外电路保持开路情况下向上述疏水性的固体表面（11）滴加液滴（17），液滴（17）下落撞击在固体表面（11），通过固-液接触起电效应液滴（17）上的负电荷会注入到固体表面（11）中，从而使固体表面（11）带上负电荷；随后，液滴（17）继续滴落，碰到固体表面（11）时首先进行铺展，当铺展开时会接触到上电极（12）或集电针（14），液滴（17）中的负电荷将会转移到上电极（12），使上电极（12）上带上负电；随后液滴（17）在重力和疏液性的作用下发生收缩和滑落并接触到下电极（13），将液滴（17）中剩余的相反极性的正电荷传输到下电极（13）；由于外电路是开路状态，随着液滴（17）的不断滴加，上电极（12）和下电极（13）上会不断累积电荷并抬升器件的输出电压，直到电荷达到饱和为止，当在滴加的过程中如果接通外电路，上电极（12）和下电极（13）中的电荷会过引线对负载做功，对外输出电能；如果固-液接触起电时，固体表面带正电，则上述发电机的发电过程不变，仅是所述过程中的电荷极性会发生反转。

2.根据权利要求1所述的直流液滴发电机，其特征在于，所述液滴发电机是一种高压直流的发电机，其输出电流为直流，输出电压高达上千伏，无需电源管理电路和接地，直接驱动电子器件。

3.一种如权利要求1或2所述的直流液滴发电机的制备方法，其特征在于，所述直流液滴发电机的制备方法的步骤为：

步骤1：固体疏水表面的构建，根据选取不同带电特性所需固体表面（11）的材料，如果材料与工作液滴摩擦后具有接触带电特性，则无需预先充电；如果所需固体表面（11）的材料具有束缚电荷特性，则可以通过外电荷注入方式给固体表面（11）预先充上负电或正电；若固体表面（11）为疏水性的，则固体表面（11）无需处理；若固体表面（11）为亲水性的，则在固体表面（11）进行常规的疏水技术处理，即刻蚀表面微结构或喷涂疏水涂层，将亲水性的表面变为疏水性表面；

步骤2：布置电极和组装液滴发电机，将上下两个电极距离一定间隔分别放置在固体疏水性表面，并将上下电极分别连接上电极引线（15）和下电极引线（16）；两个电极之间的间距在0.5-20厘米之间，完成了该直流液滴发电机的组装；

步骤3：液滴选取及位置调整，液滴（17）根据该直流液滴发电机的工作环境来选取；该发电机要倾斜放置，倾斜角度为10-80度之间；液滴的位置需要根据发电机电极的位置进行相应调整，保证液滴下落撞击铺展时能够先后分别接触到集电针（14）和下电极（13），此时该直流液滴发电机就可以正常进行工作。

4.根据权利要求3所述的直流液滴发电机的制备方法，其特征在于，当调整滴液滴落的位置，使其不接触集电针（14）时，该直流液滴发电机可以切换为交流工作模式。

5.根据权利要求3所述的直流液滴发电机的制备方法，其特征在于，所述液滴发电机可以作为一种传感器或探针。