一种内部多自由度旗帜型摩擦纳米发电机及自供能传感器制造技术

本发明专利技术提供一种内部多自由度旗帜型摩擦纳米发电机及自供能传感器。其中内部多自由度旗帜型摩擦纳米发电机包括：两面均经过打磨的聚四氟乙烯薄膜；聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜朝向聚四氟乙烯薄膜的表面均匀涂刷导电油墨；聚四氟乙烯薄膜与上、下设置的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜的边缘固定连接；受到外部振动时，聚四氟乙烯薄膜的中部分别与上、下设置的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜交替接触和分离，使聚对苯二甲酸乙二醇酯两侧薄膜间在不同时刻具有不同的电势差，外接外部电路后可在稳定进风的条件下产生电流。本发明专利技术能够提升旗帜型摩擦纳米发电机发电的能量密度，使单个小型旗帜型摩擦纳米发电机也可以有较大的能效输出。以有较大的能效输出。以有较大的能效输出。

【技术实现步骤摘要】
一种内部多自由度旗帜型摩擦纳米发电机及自供能传感器


[0001]本专利技术涉及自供能
，具体而言，尤其涉及一种内部多自由度旗帜型摩擦纳米发电机及自供能传感器。

技术介绍

[0002]随着现代社会快速发展和人工智能时代的到来，人们的日常生活已经越来越离不开各种电子设备。无论是个人小型化电子设备还是工业生产设备，都离不开电能的持续供应。能源短缺问题已经日益严重，急需要开发可利用再生能源的机械设备缓解传统能源短缺造成的问题。无论是风能、海洋能还是声能等可再生能源，均储量大、分布范围广，无污染，有很好的利用价值。但目前对可再生能源的开发技术利用率较低，所以探究新的可再生能源利用方式对促进社会健康发展和解决能源短缺有着极其重要的意义。
[0003]目前现有的新型能源技术主要是太阳能供电和燃料电池供电，但太阳能供电受限于各种环境因素，如温度和湿度以及海拔高度，很难大面积铺设；燃料电池受限于燃料携带和安全问题。二者都只能一定程度解决能源短缺问题。在此背景下新型自供能技术应运而生。新型自供能技术通过收集环境风能、振动能、声能等实现对传感器及微型电子器件自供能、为解决能源短缺问题提供了可能。传统自供能技术主要依靠光电效应、压电效应和电磁感应效应。这类技术虽然能够实现对设备的自供能，但是器件结构较大、成本高昂、结构复杂，很难带动自供能技术进一步发展。
[0004]基于摩擦起电和静电感应作用耦合的摩擦纳米发电机技术在近些年被提出，其具有输出功效高、制备工艺简单、制备成本低、能量转换过程清洁无污染的特点，且可通过不同结构的设计广泛应用于各种环境能量的收集，在未来环境能量的收集和新能源利用方面具有很大发展前景。目前，摩擦纳米发电机已被广泛应用于环境能量收集，它可将所采集的环境能量转换为电能为电子设备供电。
[0005]风能作为自然界中广泛存在的清洁能源之一，通过设计合适的摩擦纳米发电机结构，实现将风能转换为电能输出，可有效缓解当今社会所面临的能源短缺问题。现有设计的用于风能收集的旗帜型摩擦纳米发电机能量密度低、小面积发电旗帜的输出能效低，只能通过多个旗帜串并联处理提升整体的输出能效为传感器节点和电子器件供电，该处理方式加大了整体发电器件的大小，且外部电路过多也易产生线路问题，无形中降低了摩擦纳米发电机的耐久度。

技术实现思路

[0006]根据上述提出的现有旗帜型摩擦纳米发电机能量密度低、输出能效低的技术问题，而提供一种内部多自由度旗帜型摩擦纳米发电机及自供能传感器。本专利技术能够提升旗帜型摩擦纳米发电机发电的能量密度，使单个小型旗帜型摩擦纳米发电机也可以有较大的能效输出。
[0007]本专利技术采用的技术手段如下：
[0008]一种内部多自由度旗帜型摩擦纳米发电机，其特征在于，包括：
[0009]聚四氟乙烯薄膜，所述聚四氟乙烯薄膜的两面均经过砂纸打磨处理；
[0010]聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜分别敷设在所述聚四氟乙烯薄膜的上、下表面，且任意所述聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜朝向聚四氟乙烯薄膜的表面均匀涂刷导电油墨；
[0011]所述聚四氟乙烯薄膜与上、下设置的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜的边缘固定连接；
[0012]受到外部振动时，所述聚四氟乙烯薄膜的中部分别与上、下设置的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜交替接触和分离，从而产生摩擦带电使聚四氟乙烯薄膜带负电，两侧聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜分别带正电，由于聚四氟乙烯薄膜运动过程中与两侧聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜间距的不同而使两侧聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜具有电势差，外接外部电路后可在稳定进风的条件下产生电流。
[0013]进一步地，在所述聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜涂刷导电油墨的一侧沿长度方向上、垂直长度边均匀设置有若干软质细垫条。
[0014]进一步地，所述聚四氟乙烯薄膜在长度方向上划分为第一部分和第二部分，其中所述第二部分的宽度小于第一部分。
[0015]进一步地，所述第二部分在宽度方向上被均匀裁切为若干带状结构。
[0016]进一步地，所述聚四氟乙烯薄膜的第一部分的长度占聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜总长度的7/50
‑
11/50。
[0017]进一步地，在所述聚四氟乙烯薄膜的任意一个面的边缘位置黏贴一个框状柔性绝缘层，以防止聚四氟乙烯薄膜两侧的导电油墨层相互接触引起短路。
[0018]进一步地，所述框状柔性绝缘层宽度为5mm。
[0019]进一步地，所述摩擦纳米发电机还包括用于连接所述聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜上的导电油墨层从而实现电能输出的导线。
[0020]本专利技术还公开了一种自供能传感器，包括整流电路、传感装置以及如上述任意一项所述的内部多自由度旗帜型摩擦纳米发电机；
[0021]所述内部多自由度旗帜型摩擦纳米发电机产生的电能通过导线传输至整流电路整流后为所述传感装置供能。
[0022]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0023]本专利技术共对原始旗帜型摩擦纳米发电机进行三次优化，分别为风致振动薄膜的改性处理、导电油墨层加垫层处理以及风致振动薄膜切割增加自由度处理。例如在7cm*14cm的旗帜尺寸下，未经任何处理的原始旗帜型摩擦纳米发电机在11.1m/s的环境风能下，开路电压为24V，短路电流为2μA，转移电荷量为14nC。风致振动薄膜经过1200目砂纸改性处理后在相同条件下，开路电压为35V，短路电流为2.82μA，转移电荷量为31nC。进一步，导电油墨层加垫层处理后，开路电压为37.5V，短路电流为2.89μA，转移电荷量为34nC。进一步，风致振动薄膜切割增加自由度处理后，在最佳自由度时，开路电压为78V，短路电流为7.0μA，转移电荷量为72nC。旗帜型摩擦纳米发电机的输出性能得到明显提升。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本专利技术内部多自由度旗帜型摩擦纳米发电机结构爆炸图。
[0026]图2为本专利技术聚四氟乙烯薄膜平铺状态下形状示意图。
[0027]图3为本专利技术聚四氟乙烯薄膜振动状态下形状示意图。
[0028]图4为本专利技术自供能传感器结构示意图。
[0029]图中：1、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，2、导电油墨层，3、软质细垫条，4、聚四氟乙烯薄膜，401、第一部分，402、第二部分，5、柔性绝缘层。
具体实施方式
[0030]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0031]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内部多自由度旗帜型摩擦纳米发电机，其特征在于，包括：聚四氟乙烯薄膜(4)，所述聚四氟乙烯薄膜(4)的两面均经过砂纸打磨处理；聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(1)，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(1)分别敷设在所述聚四氟乙烯薄膜(4)的上、下表面，且任意所述聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(1)朝向聚四氟乙烯薄膜(4)的表面均匀涂刷导电油墨；所述聚四氟乙烯薄膜(4)与上、下设置的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(1)的边缘固定连接；受到外部振动时，所述聚四氟乙烯薄膜(4)的中部分别与上、下设置的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(1)交替接触和分离，从而产生摩擦带电使聚四氟乙烯薄膜(4)带负电，两侧聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(1)分别带正电，由于聚四氟乙烯薄膜(4)运动过程中与两侧聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(1)间距的不同而使两侧聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(1)具有电势差，外接外部电路后可在稳定进风的条件下产生电流。2.根据权利要求1所述的一种内部多自由度旗帜型摩擦纳米发电机，其特征在于，在所述聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(1)涂刷导电油墨的一侧沿长度方向上、垂直长度边均匀设置有若干软质细垫条(3)。3.根据权利要求1或2所述的一种内部多自由度旗帜型摩擦纳米发电机，其特征在于，所述聚四氟乙烯薄膜(4)在长度方向上划分为第一部分(401)和第二部分(402)，其中所述第二部分(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵俊豪，闫飞，孙敏峥，徐敏义，邹永久，杜太利，李方明，邓翠文，万星甫，郭新阳，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：