【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及波浪能發(fā)電，更具體地，涉及一種多模式波浪激發(fā)摩擦納米發(fā)電裝置。
技術(shù)介紹
1、隨著全球?qū)稍偕茉葱枨蟮牟粩嘣鲩L(zhǎng)，傳統(tǒng)化石燃料能源面臨枯竭與環(huán)境污染問(wèn)題，進(jìn)而推動(dòng)了人們對(duì)清潔能源的探索和開(kāi)發(fā)。在眾多可再生能源中，波浪能具有巨大的潛力，尤其是在海洋和沿海地區(qū)，波浪能可以作為一種穩(wěn)定且可持續(xù)的能源來(lái)源。然而，目前市面上的波浪能收集技術(shù)存在一定的局限性，特別是設(shè)備復(fù)雜、成本高、效率低等問(wèn)題，阻礙了其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。因此，如何有效地從波浪能等環(huán)境動(dòng)態(tài)能量中獲取能量成為了當(dāng)前
的重要課題。
2、摩擦納米發(fā)電機(jī)(triboelectric?nanogenerator,teng)作為一種新興的能源收集技術(shù)，近年來(lái)引起了廣泛的關(guān)注。摩擦納米發(fā)電機(jī)能夠通過(guò)摩擦電效應(yīng)和靜電感應(yīng)效應(yīng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，特別適合于低頻率和小幅度運(yùn)動(dòng)的能量收集。teng具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、材料多樣性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，尤其適用于波浪、振動(dòng)、風(fēng)能等環(huán)境能量的捕獲與轉(zhuǎn)換。
3、目前，摩擦納米發(fā)電機(jī)主要有四種工作模式：接觸分離模式、滑動(dòng)模式、單電極模式和自由振動(dòng)模式。這些模式在不同的應(yīng)用場(chǎng)景下展現(xiàn)了較好的能量轉(zhuǎn)換效率，但單一模式的發(fā)電效率較為有限，無(wú)法充分利用復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境中的多種能量形式。特別是在波浪能捕獲領(lǐng)域，單一的接觸分離或滑動(dòng)摩擦模式難以應(yīng)對(duì)波浪的多維運(yùn)動(dòng)和復(fù)雜能量特性。波浪運(yùn)動(dòng)不僅具有周期性的垂直升降運(yùn)動(dòng)，還有水平的往復(fù)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)，這使得單一摩擦模式無(wú)法充分利用波浪所提供的機(jī)械能。多模式復(fù)合的摩擦納米發(fā)電技術(shù)有望成為提高發(fā)電效率
4、近年來(lái)，研究人員提出了基于不同材料組合的摩擦發(fā)電結(jié)構(gòu)，以提高摩擦電效應(yīng)的強(qiáng)度。例如，常用的摩擦材料包括聚四氟乙烯(ptfe)、尼龍、硅橡膠、銅、鋁等。通過(guò)選擇電負(fù)性差異較大的材料，可以增強(qiáng)電荷的分離效果，從而提升發(fā)電效率。此外，液固摩擦技術(shù)也逐漸受到重視，液體的流動(dòng)性使其能夠與固體材料形成持續(xù)的摩擦接觸，從而實(shí)現(xiàn)更高效的電能收集。然而，目前基于摩擦納米發(fā)電技術(shù)的波浪能捕獲裝置大多依賴(lài)單一摩擦模式，發(fā)電效率較低，難以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的波浪能環(huán)境。同時(shí)，現(xiàn)有的波浪能發(fā)電設(shè)備在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上較為復(fù)雜，制造成本較高，限制了其在實(shí)際應(yīng)用中的推廣。因此，如何通過(guò)多模式復(fù)合摩擦納米發(fā)電技術(shù)，充分利用波浪的多維能量特性，同時(shí)保持結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，成為了當(dāng)前技術(shù)研發(fā)的重點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專(zhuān)利技術(shù)為克服上述現(xiàn)有技術(shù)難以在不同維度上高效捕獲波浪能且發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高的缺陷，提供一種多模式波浪激發(fā)摩擦納米發(fā)電裝置，通過(guò)結(jié)合接觸分離式摩擦、液-固摩擦和固-固滑動(dòng)摩擦三種模式，在波浪的垂直升降和水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)多維能量捕獲與轉(zhuǎn)換，同時(shí)提高了發(fā)電效率；另外，發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了低成本制造，適用于大規(guī)模海洋波浪能的捕獲和利用。
2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)方案如下：
3、一種多模式波浪激發(fā)摩擦納米發(fā)電裝置，包括：第一殼體、液-固摩擦發(fā)電單元、第一接觸-分離摩擦發(fā)電單元和第二接觸-分離摩擦發(fā)電單元；
4、所述液-固摩擦發(fā)電單元設(shè)置在第一殼體的底板上，可沿水平方向在第一殼體內(nèi)滑動(dòng)；
5、所述第一接觸-分離摩擦發(fā)電單元和第二接觸-分離摩擦發(fā)電單元均為可伸縮結(jié)構(gòu)，分別固定設(shè)置在液-固摩擦發(fā)電單元的左右兩端；所述第一接觸-分離摩擦發(fā)電單元和第二接觸-分離摩擦發(fā)單元還分別與第一殼體的左右兩個(gè)內(nèi)壁固定連接；
6、當(dāng)所述多模式波浪激發(fā)摩擦納米發(fā)電裝置因波浪能往復(fù)晃動(dòng)時(shí)，所述液-固摩擦發(fā)電單元沿水平方向在第一殼體內(nèi)左右滑動(dòng)并基于液-固摩擦納米發(fā)電產(chǎn)生交流電；同時(shí)，所述第一接觸-分離摩擦發(fā)電單元和第二接觸-分離摩擦發(fā)電單元被交替壓縮和交替拉伸，在循環(huán)伸縮過(guò)程中分別進(jìn)行接觸-分離式的摩擦納米發(fā)電，產(chǎn)生交流電；將液-固摩擦發(fā)電單元和兩個(gè)接觸-分離摩擦發(fā)電單元產(chǎn)生的交流電共同導(dǎo)出，實(shí)現(xiàn)多模式的波浪激發(fā)摩擦納米發(fā)電。
7、優(yōu)選地，所述液-固摩擦發(fā)電單元包括第二殼體，所述第一殼體的底板內(nèi)壁設(shè)置有第一導(dǎo)電層，所述第一導(dǎo)電層上覆蓋有第一摩擦層；
8、所述第二殼體的底板外壁設(shè)置有第二導(dǎo)電層，所述第二導(dǎo)電層上覆蓋有第二摩擦層；
9、所述第一摩擦層和第二摩擦層的材料極性相反；
10、所述液-固摩擦發(fā)電單元沿水平方向在第一殼體內(nèi)左右滑動(dòng)，帶動(dòng)所述第二摩擦層與所述第一摩擦層相對(duì)滑動(dòng)摩擦，產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移，并分別在第二導(dǎo)電層和第一導(dǎo)電層上感應(yīng)出感應(yīng)電荷，感應(yīng)電荷通過(guò)外接導(dǎo)線引出，產(chǎn)生交流電；將液-固摩擦發(fā)電單元、兩個(gè)接觸-分離摩擦發(fā)電單元，以及第一摩擦層和第二摩擦層產(chǎn)生的交流電共同導(dǎo)出，實(shí)現(xiàn)多模式的波浪激發(fā)摩擦納米發(fā)電。
11、優(yōu)選地，所述液-固摩擦發(fā)電單元內(nèi)部設(shè)置有若干個(gè)并聯(lián)的液-固摩擦納米發(fā)電芯體；
12、每個(gè)所述液-固摩擦納米發(fā)電芯體結(jié)構(gòu)相同，均包括外管、摩擦液體和外部感應(yīng)電極；
13、所述外管為中空的密封結(jié)構(gòu)，摩擦液體設(shè)置在外管內(nèi)部，外部感應(yīng)電極設(shè)置在外管外壁；所述外管的材料和摩擦液體極性相反；
14、所述液-固摩擦發(fā)電單元沿水平方向在第一殼體內(nèi)左右滑動(dòng)，每個(gè)所述液-固摩擦納米發(fā)電芯體中的摩擦液體與外管內(nèi)壁相互摩擦，產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移，并在外部感應(yīng)電極上感應(yīng)出感應(yīng)電荷，感應(yīng)電荷通過(guò)外接導(dǎo)線引出，產(chǎn)生交流電。
15、優(yōu)選地，所述第一接觸-分離摩擦發(fā)電單元和第二接觸-分離摩擦發(fā)電單元均包括：若干個(gè)間隔設(shè)置的基板，相鄰的兩個(gè)所述基板通過(guò)彈性連接件連接；
16、所述基板的兩側(cè)分別設(shè)置有第三導(dǎo)電層和第四導(dǎo)電層；所述第三導(dǎo)電層和第四導(dǎo)電層上分別覆蓋有材料極性相反的第三摩擦層和第四摩擦層；相鄰的兩個(gè)所述基板的第三摩擦層和第四摩擦層相對(duì)設(shè)置；
17、在循環(huán)伸縮過(guò)程中，相鄰的所述基板的第三摩擦層和第四摩擦層循環(huán)接觸和分離，對(duì)應(yīng)的第三導(dǎo)電層和第四導(dǎo)電層上感應(yīng)出感應(yīng)電荷，感應(yīng)電荷通過(guò)外接導(dǎo)線引出，產(chǎn)生交流電。
18、優(yōu)選地，所述第一接觸-分離摩擦發(fā)電單元和第二接觸-分離摩擦發(fā)電單元均還包括：若干個(gè)開(kāi)合頁(yè)；相鄰的兩個(gè)所述基板的同一端通過(guò)一個(gè)開(kāi)合頁(yè)鉸接，用于實(shí)現(xiàn)折疊式伸縮。
19、優(yōu)選地，所述第一殼體外側(cè)還設(shè)置有導(dǎo)向裝置，用于引導(dǎo)所述多模式波浪激發(fā)摩擦納米發(fā)電裝置左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
20、優(yōu)選地，所述導(dǎo)向裝置具體為導(dǎo)向板。
21、優(yōu)選地，所述外管為絕緣材料，所述絕緣材料包括ptfe、pe、pp、pet、pdms和pvc中的任意一種；
22、所述摩擦液體具體為去離子水、磁性流體和水溶液中的任意一種。
23、優(yōu)選地，所述第一～第四導(dǎo)電層，以及外部感應(yīng)電極均為導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料包括銅箔、鋁箔和導(dǎo)電涂層中的任意一種；
24、所述第一摩擦層和第三摩擦層材料相本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種多模式波浪激發(fā)摩擦納米發(fā)電裝置，其特征在于，包括：第一殼體、液-固摩擦發(fā)電單元、第一接觸-分離摩擦發(fā)電單元和第二接觸-分離摩擦發(fā)電單元；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多模式波浪激發(fā)摩擦納米發(fā)電裝置，其特征在于，所述液-固摩擦發(fā)電單元包括第二殼體，所述第一殼體的底板內(nèi)壁設(shè)置有第一導(dǎo)電層，所述第一導(dǎo)電層上覆蓋有第一摩擦層；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多模式波浪激發(fā)摩擦納米發(fā)電裝置，其特征在于，所述液-固摩擦發(fā)電單元內(nèi)部設(shè)置有若干個(gè)并聯(lián)的液-固摩擦納米發(fā)電芯體；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多模式波浪激發(fā)摩擦納米發(fā)電裝置，其特征在于，所述第一接觸-分離摩擦發(fā)電單元和第二接觸-分離摩擦發(fā)電單元均包括：若干個(gè)間隔設(shè)置的基板，相鄰的兩個(gè)所述基板通過(guò)彈性連接件連接；
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種多模式波浪激發(fā)摩擦納米發(fā)電裝置，其特征在于，所述第一接觸-分離摩擦發(fā)電單元和第二接觸-分離摩擦發(fā)電單元均還包括：若干個(gè)開(kāi)合頁(yè)；相鄰的兩個(gè)所述基板的同一端通過(guò)一個(gè)開(kāi)合頁(yè)鉸接，用于實(shí)現(xiàn)折疊式伸縮。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多模式波浪激
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多模式波浪激發(fā)摩擦納米發(fā)電裝置，其特征在于，所述導(dǎo)向裝置具體為導(dǎo)向板。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多模式波浪激發(fā)摩擦納米發(fā)電裝置，其特征在于，所述外管為絕緣材料，所述絕緣材料包括PTFE、PE、PP、PET、PDMS和PVC中的任意一種；
9.根據(jù)權(quán)利要求2～4所述的一種多模式波浪激發(fā)摩擦納米發(fā)電裝置，其特征在于，所述第一～第四導(dǎo)電層，以及外部感應(yīng)電極均為導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料包括銅箔、鋁箔和導(dǎo)電涂層中的任意一種；
10.根據(jù)權(quán)利要求2和4所述的一種多模式波浪激發(fā)摩擦納米發(fā)電裝置，其特征在于，所述第一殼體、第二殼體和基板材料相同，均為亞克力板。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種多模式波浪激發(fā)摩擦納米發(fā)電裝置，其特征在于，包括：第一殼體、液-固摩擦發(fā)電單元、第一接觸-分離摩擦發(fā)電單元和第二接觸-分離摩擦發(fā)電單元；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多模式波浪激發(fā)摩擦納米發(fā)電裝置，其特征在于，所述液-固摩擦發(fā)電單元包括第二殼體，所述第一殼體的底板內(nèi)壁設(shè)置有第一導(dǎo)電層，所述第一導(dǎo)電層上覆蓋有第一摩擦層；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多模式波浪激發(fā)摩擦納米發(fā)電裝置，其特征在于，所述液-固摩擦發(fā)電單元內(nèi)部設(shè)置有若干個(gè)并聯(lián)的液-固摩擦納米發(fā)電芯體；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多模式波浪激發(fā)摩擦納米發(fā)電裝置，其特征在于，所述第一接觸-分離摩擦發(fā)電單元和第二接觸-分離摩擦發(fā)電單元均包括：若干個(gè)間隔設(shè)置的基板，相鄰的兩個(gè)所述基板通過(guò)彈性連接件連接；
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種多模式波浪激發(fā)摩擦納米發(fā)電裝置，其特征在于，所述第一接觸-分離摩擦發(fā)電單元和第二接觸-分離摩擦發(fā)電單元均還包括：若干個(gè)開(kāi)合頁(yè)；...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張乾熙，李登輝，李詩(shī)詩(shī)，張鵬，李文浩，蘇佳美，羅曉鵬，鄧明昊，陸海鵬，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：廣東海洋大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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