[发明专利]一种可组装模块化单电极摩擦发电机及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可组装模块化单电极摩擦发电机，包括：织构结构镍包覆碳管、金属电极片、第一涂层、第二包覆层；其中，金属电极片夹住织构结构镍包覆碳管一端部分区域；第一涂层覆盖金属电极片及织构结构镍包覆碳管未被金属电极片夹住的区域；第二包覆层完全包裹织构结构镍包覆碳管未被金属电极片夹住的区域以及与该区域相邻的金属电极片的部分区域；还公开了其制备方法，先采用化学镀法制备表面沉积镍的织物，煅烧，得到织构结构镍包覆碳管，然后采用金属电极片夹住织构结构镍包覆碳管一端部分区域，再在相应区域涂覆第一涂层材料、第二包覆层材料得到。所述单电极摩擦机具有可组装、性能稳定、电输出性能优异等特点。

技术领域

本发明属于摩擦发电领域，尤其涉及一种可组装模块化单电极摩擦发电机及其制备方法。

背景技术

21世纪以来，基于移动互联技术的快速发展，物联网成为新一代信息技术的重要组成部分和发展阶段。物联网是将互联网和世界各地的任何东西(例如航运对象，货物运输商和人等)链接起来的技术驱动力，它需要广泛分布的信息传感设备，用于健康监测，平安家居，智能交通，物流供应，环境保护，基础设施监测和安全等领域。驱动单个传感器件所需要的能量是微小的，而驱动这些数以亿计传感器的能源供应是亟待解决的问题。考虑到传统电池技术有限的寿命，高维护成本和环境问题，这不是物联网供能的最佳解决方案。

王中林院士在2006年和2012年分别发明基于压电纳米发电机和摩擦纳米发电机首次提出通过从工作环境收集能量使设备自供电，并可持续地操作和运转，从而实现自驱动系统。目前的研究基本上集中于单个摩擦发电机研究，随着摩擦发电机的研究逐步深入，制备大尺寸的摩擦发电机，实现大面积发电是行业产业化进程中面临的一个重要问题。

发明内容

基于上述技术问题，本发明借鉴工业中模块化设计思路，基于摩擦纳米发电技术设计提供了一种可组装的模块化单电极摩擦发电机，按照需求将多个单电极摩擦发电机组合，能够实现大面积发电，具有灵活调控的特点。

本发明具体方案如下

本发明提供了一种可组装模块化单电极摩擦发电机，包括：织构结构镍包覆碳管、金属电极片、第一涂层、第二包覆层；

其中，金属电极片夹住织构结构镍包覆碳管一端部分区域；第一涂层覆盖金属电极片及织构结构镍包覆碳管未被金属电极片夹住的区域；第二包覆层完全包裹织构结构镍包覆碳管未被金属电极片夹住的区域以及与该区域相邻的金属电极片的部分区域；

第一涂层材料包括聚乙烯醇溶液和金属盐；第二包覆层材料包括聚二甲基硅氧烷和固化剂。

本发明所述单电极摩擦发电机中，第二包覆层覆盖区域为负极，其他区域为正极。根据需要在衬底表面安置多个单电极摩擦发电机，并用导线按需求组合、连接发电机表面的金属电极，即可实现大尺寸单电极摩擦发电机的组装，能够实现大面积发电。

所述衬底包括但不限于地板，当行人通过行走、跳跃、跑步、拍球或车辆在其表面压过等方式在摩擦发电机表面施力，即可实现发电。发电机理在于：在受外界力时，第二包覆层发生弹性变形，并且将应力传递给第一涂层覆盖的织构结构镍包覆碳管，两者界面发生形变、摩擦产生电能。

优选地，织构结构镍包覆碳管为长方形或正方形。

优选地，金属电极片与织构结构镍包覆碳管等宽；织构结构镍包覆碳管被金属电极夹住区域长度为织构结构镍包覆碳管长度的2-30％。

优选地，金属电极片选自铜片、银片、铁片中任意一种。

优选地，第一涂层材料中的金属盐选自氯化锂、氯化钠、氯化锌中至少一种。

优选地，第一涂层材料中聚乙烯醇溶液浓度为1-10％；金属阳离子浓度为0.1-5.0mol/L。

优选地，第二包覆层厚度为0.01-0.1cm。