【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于屬于發電機，特別涉及一種深海納米發電機及其制備方法、水流能量收集裝置。
技術介紹
1、海洋物聯網(miot)是海洋開發和保護日益重要的基礎，由各種水下海洋分布式傳感器組成，然而其供能問題一直困擾著科研人員。傳統的電池供能方式不僅成本高昂，而且需要定期更換，對于深海環境下的傳感器來說，頻繁地電源更換意味著高昂的維護成本，同時，應用于軍事目標監測的海底傳感器也不適于定期維護，經常更換電池，容易增加暴露風險。因此，亟待開發一種適用于海底傳感器的自供電技術，這可極大地降低海底傳感器的維護成本、增加傳感器的服役時長、拓展海底傳感器的應用領域。因此，尋找一種高效、穩定且經濟的自供電技術顯得尤為重要。摩擦納米發電機因其材料價格低廉、器件結構簡單、能量采集效率高等特點而倍受關注。
2、近年來的一些研究提出了水下能夠收集波浪能的柔性海藻狀摩擦納米發電機(s-teng)(參見文獻：m.xu,et?al.,acs?nano,15,10(2021))，可以在廣泛的海洋場景中應用。s-teng的仿海藻結構可在水流的作用下擺動以將動能轉化為電能。其中多個s-teng進行并聯被證明可在海洋環境中為led和溫度計供電。由于大多數海洋物聯網(miot)傳感器都使用微功率工作，本質上穩定且具有成本效益的s-teng可以成為實現大多數海洋物聯網電池獨立性的有效方法。然而，在距離海洋表面100m以下，由于水流流速的減小以及水流方向的變化會使得波浪能的收集變得困難，讓目前水下工作的摩擦納米發電機收集這些能量非常不便。而且在海底尤其是深海中，隨著
3、因此，亟需提供一種新的摩擦納米發電機，能適應深海環境的高壓和低流速條件，在此條件下有效地工作并為微型電器供電。
技術實現思路
1、本專利技術旨在至少解決上述現有技術中存在的技術問題之一。為此，本專利技術提出一種深海納米發電機及其制備方法、水流能量收集裝置。本專利技術所述納米發電機能適應深海環境，在高壓且流速復雜的深海環境下，依然能穩定供電，有利于深海設備(例如傳感器)的供電維護。
2、本專利技術的專利技術構思為：本專利技術以摻雜二氧化鈦的聚偏氟乙烯(pvdf)薄膜作為負摩擦層，利用pvdf的高拉伸強度(常溫50mpa以上)，當摻雜二氧化鈦后在提高粗糙度的同時，對力學性能的下降微弱。相對于傳統的細菌纖維素摻雜薄膜，二氧化鈦摻雜pvdf薄膜具有更高的力學性能，更適合深海的高壓工作環境。同時，本專利技術采用單一油層加入到薄膜層和電極層的中間來取代空氣層，并降低油層的含油量，以降低油層對于納米發電機輸出性能的不利影響，從而提高納米發電機在深海壓力下的性能輸出。
3、本專利技術的納米發電機在應用時，將其安裝于導流板的尾部，并在圓臺底座上設置三角鈍體，通過水流經過三角鈍體形成的渦流的增加來擴大納米發電機的臨界流速范圍，通過圓臺底座與三角鈍體和導流板的組裝實現裝置根據流速的方向選裝，使得納米發電機在水流方向不固定，流速環境不穩定情況下，依然能穩定發電。此外，本專利技術所述三角鈍體，導流板，圓臺底座均采用聚四氟乙烯銑削制造，結構簡單，各零件之間不存在不同材料的裝配界面問題，在高靜水壓下，不會產生失配問題。
4、因此，本專利技術通過特定材料的選擇和制備，獲得高輸出性能的納米發動機，并優化結構設計，以收集水下低水流能量，獲得高性能水流能量收集裝置，在20mpa高壓，且復雜流速環境的深海環境中，依然能穩定供電。
5、為解決上述技術問題，本專利技術的第一方面提供了一種納米發電機，所述納米發電機具有對稱結構，從上至下包括依次層疊設置的封裝薄膜層、電極層、正摩擦薄膜層、油層、負摩擦薄膜層、電極層和封裝薄膜層，所述電極層與導線連接；所述負摩擦薄膜層為摻雜二氧化鈦的聚偏氟乙烯薄膜。
6、優選地，在所述負摩擦薄膜層中，二氧化鈦與聚偏氟乙烯的質量比為(1-7)：(93-99)；例如，二氧化鈦與聚偏氟乙烯的質量比為1：99、4：96、5：95、7：93。
7、優選地，所述正摩擦薄膜層選自細菌納米纖維素薄膜。
8、優選地，所述封裝薄膜層選自聚四氟乙烯薄膜。
9、優選地，所述電極層為鋁箔、銀箔或銅箔。
10、優選地，所述油層的組分包括全氟聚醚、角鯊烷、石蠟油中的至少一種。
11、優選地，所述正摩擦薄膜層和所述負摩擦薄膜層的尺寸相等，為長×寬＝(10-12)cm×(5-10)cm；例如，所述正摩擦薄膜層和所述負摩擦薄膜層的尺寸為長×寬＝8cm×4cm，長×寬＝10cm×5cm。
12、優選地，所述電極層、所述油層與所述正摩擦薄膜層薄膜層和負摩擦薄膜層的尺寸保持一致。
13、優選的，所述封裝薄膜層的尺寸較電極層的尺寸稍大，長寬為(12-16)cm×(6-10)cm。
14、本專利技術的第二方面提供了一種納米發電機的制備方法，包括以下步驟：
15、(1)取兩個電極，分別粘貼在兩個封裝薄膜的表面，兩個電極的表面相對，形成兩個電極層和兩個封裝薄膜層；
16、(2)在步驟(1)的兩個電極層的表面分別涂覆摻雜二氧化鈦的聚偏氟乙烯溶液和細菌納米纖維素溶液，形成負摩擦薄膜層和正摩擦薄膜層；然后在所述負摩擦薄膜層和正摩擦薄膜層之間加入全氟聚醚、角鯊烷或石蠟油，形成油層；
17、(3)用兩根導線分別連接兩個電極層，封裝，制得所述納米發電機。
18、優選地，步驟(2)中，所述全氟聚醚、角鯊烷或石蠟油的加入量為10-100μl；進一步優選地，所述全氟聚醚、角鯊烷或石蠟油的加入量為20-50μl。
19、優選地，步驟(3)中，所述封裝的材料為防水膠。
20、優選地，所述防水膠為硅膠或ptfe膠帶。
21、本專利技術的第三方面提供了一種水流能量收集裝置，包括上述納米發電機、導流板、三角鈍體和圓臺底座；所述納米發電機設置于導流板的尾部，所述三角鈍體安裝于圓臺底座上；所述導流板與三角鈍體連接，并可在水流作用下帶動三角鈍體在圓臺底座上旋轉。
22、優選地，所述納米發電機為多個，多個所述納米發電機并聯連接。
23、優選地，所述納米發電機為6-12個。
24、優選地，所述水流能量收集裝置還包括傳感器和led燈。
25、優選地，所述導流板、三角鈍體和圓臺底座的材質均為聚四氟乙烯，避免了不同材料之間的界面問題，在高靜水壓下也不會因為不同材料之間的泊松比不同導致失配現象。同時，使用非金屬連接件，可有效避免深海高壓環境下金屬腐蝕導致的結構失效。
26、本專利技術的上述技術方案相對于現有技術，至少具有如下技術效果或優點：
27、(1)本專利技術以摻雜二氧化鈦的pvdf薄膜作為負摩擦層，利用pvdf本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種納米發電機，其特征在于，所述納米發電機具有對稱結構，從上至下包括依次層疊設置的封裝薄膜層、電極層、正摩擦薄膜層、油層、負摩擦薄膜層、電極層和封裝薄膜層，所述電極層與導線連接；所述負摩擦薄膜層為摻雜二氧化鈦的聚偏氟乙烯薄膜。
2.根據權利要求1所述的納米發電機，其特征在于，在所述負摩擦薄膜層中，二氧化鈦與聚偏氟乙烯的質量比為(1-7)：(93-99)。
3.根據權利要求1所述的納米發電機，其特征在于，所述正摩擦薄膜層選自細菌納米纖維素薄膜。
4.根據權利要求1所述的納米發電機，其特征在于，所述封裝薄膜層選自聚四氟乙烯薄膜。
5.根據權利要求1所述的納米發電機，其特征在于，所述電極層為鋁箔、銀箔或銅箔。
6.根據權利要求1所述的納米發電機，其特征在于，所述油層的組分包括全氟聚醚、角鯊烷、石蠟油中的至少一種。
7.一種如權利要求1-6任意一項所述的納米發電機的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
8.根據權利要求7所述的納米發電機的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述全氟聚醚、角鯊烷或石蠟油
9.一種水流能量收集裝置，其特征在于，包括權利要求1-6任意一項所述的納米發電機、導流板、三角鈍體和圓臺底座；所述納米發電機設置于導流板的尾部，所述三角鈍體安裝于圓臺底座上；所述導流板與三角鈍體連接，并可在水流作用下帶動三角鈍體在圓臺底座上旋轉。
10.根據權利要求9所述的水流能量收集裝置，其特征在于，所述導流板、三角鈍體和圓臺底座的材質均為聚四氟乙烯。
...【技術特征摘要】
1.一種納米發電機，其特征在于，所述納米發電機具有對稱結構，從上至下包括依次層疊設置的封裝薄膜層、電極層、正摩擦薄膜層、油層、負摩擦薄膜層、電極層和封裝薄膜層，所述電極層與導線連接；所述負摩擦薄膜層為摻雜二氧化鈦的聚偏氟乙烯薄膜。
2.根據權利要求1所述的納米發電機，其特征在于，在所述負摩擦薄膜層中，二氧化鈦與聚偏氟乙烯的質量比為(1-7)：(93-99)。
3.根據權利要求1所述的納米發電機，其特征在于，所述正摩擦薄膜層選自細菌納米纖維素薄膜。
4.根據權利要求1所述的納米發電機，其特征在于，所述封裝薄膜層選自聚四氟乙烯薄膜。
5.根據權利要求1所述的納米發電機，其特征在于，所述電極層為鋁箔、銀箔或銅箔。
6.根據權利要求1所述的納...
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