【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及波浪能发电，更具体地，涉及一种多模式波浪激发摩擦纳米发电装置。
技术介绍
1、随着全球对可再生能源需求的不断增长，传统化石燃料能源面临枯竭与环境污染问题，进而推动了人们对清洁能源的探索和开发。在众多可再生能源中，波浪能具有巨大的潜力，尤其是在海洋和沿海地区，波浪能可以作为一种稳定且可持续的能源来源。然而，目前市面上的波浪能收集技术存在一定的局限性，特别是设备复杂、成本高、效率低等问题，阻碍了其大规模商业化应用。因此，如何有效地从波浪能等环境动态能量中获取能量成为了当前
的重要课题。
2、摩擦纳米发电机(triboelectric nanogenerator,teng)作为一种新兴的能源收集技术，近年来引起了广泛的关注。摩擦纳米发电机能够通过摩擦电效应和静电感应效应，将机械能转换为电能，特别适合于低频率和小幅度运动的能量收集。teng具有结构简单、成本低廉、材料多样性强等优势，尤其适用于波浪、振动、风能等环境能量的捕获与转换。
3、目前，摩擦纳米发电机主要有四种工作模式：接触分离模式、滑动模式、单电极模式和自由振动模式。这些模式在不同的应用场景下展现了较好的能量转换效率，但单一模式的发电效率较为有限，无法充分利用复杂动态环境中的多种能量形式。特别是在波浪能捕获领域，单一的接触分离或滑动摩擦模式难以应对波浪的多维运动和复杂能量特性。波浪运动不仅具有周期性的垂直升降运动，还有水平的往复滑动运动，这使得单一摩擦模式无法充分利用波浪所提供的机械能。多模式复合的摩擦纳米发电技术有望成为提高发电效率
4、近年来，研究人员提出了基于不同材料组合的摩擦发电结构，以提高摩擦电效应的强度。例如，常用的摩擦材料包括聚四氟乙烯(ptfe)、尼龙、硅橡胶、铜、铝等。通过选择电负性差异较大的材料，可以增强电荷的分离效果，从而提升发电效率。此外，液固摩擦技术也逐渐受到重视，液体的流动性使其能够与固体材料形成持续的摩擦接触，从而实现更高效的电能收集。然而，目前基于摩擦纳米发电技术的波浪能捕获装置大多依赖单一摩擦模式，发电效率较低，难以应对复杂的波浪能环境。同时，现有的波浪能发电设备在结构设计上较为复杂，制造成本较高，限制了其在实际应用中的推广。因此，如何通过多模式复合摩擦纳米发电技术，充分利用波浪的多维能量特性，同时保持结构简单、成本低廉，成为了当前技术研发的重点。
技术实现思路
1、本专利技术为克服上述现有技术难以在不同维度上高效捕获波浪能且发电机结构复杂、成本较高的缺陷，提供一种多模式波浪激发摩擦纳米发电装置，通过结合接触分离式摩擦、液-固摩擦和固-固滑动摩擦三种模式，在波浪的垂直升降和水平往复运动下，实现多维能量捕获与转换，同时提高了发电效率；另外，发电机结构设计简单，实现了低成本制造，适用于大规模海洋波浪能的捕获和利用。
2、为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
3、一种多模式波浪激发摩擦纳米发电装置，包括：第一壳体、液-固摩擦发电单元、第一接触-分离摩擦发电单元和第二接触-分离摩擦发电单元；
4、所述液-固摩擦发电单元设置在第一壳体的底板上，可沿水平方向在第一壳体内滑动；
5、所述第一接触-分离摩擦发电单元和第二接触-分离摩擦发电单元均为可伸缩结构，分别固定设置在液-固摩擦发电单元的左右两端；所述第一接触-分离摩擦发电单元和第二接触-分离摩擦发单元还分别与第一壳体的左右两个内壁固定连接；
6、当所述多模式波浪激发摩擦纳米发电装置因波浪能往复晃动时，所述液-固摩擦发电单元沿水平方向在第一壳体内左右滑动并基于液-固摩擦纳米发电产生交流电；同时，所述第一接触-分离摩擦发电单元和第二接触-分离摩擦发电单元被交替压缩和交替拉伸，在循环伸缩过程中分别进行接触-分离式的摩擦纳米发电，产生交流电；将液-固摩擦发电单元和两个接触-分离摩擦发电单元产生的交流电共同导出，实现多模式的波浪激发摩擦纳米发电。
7、优选地，所述液-固摩擦发电单元包括第二壳体，所述第一壳体的底板内壁设置有第一导电层，所述第一导电层上覆盖有第一摩擦层；
8、所述第二壳体的底板外壁设置有第二导电层，所述第二导电层上覆盖有第二摩擦层；
9、所述第一摩擦层和第二摩擦层的材料极性相反；
10、所述液-固摩擦发电单元沿水平方向在第一壳体内左右滑动，带动所述第二摩擦层与所述第一摩擦层相对滑动摩擦，产生电荷转移，并分别在第二导电层和第一导电层上感应出感应电荷，感应电荷通过外接导线引出，产生交流电；将液-固摩擦发电单元、两个接触-分离摩擦发电单元，以及第一摩擦层和第二摩擦层产生的交流电共同导出，实现多模式的波浪激发摩擦纳米发电。
11、优选地，所述液-固摩擦发电单元内部设置有若干个并联的液-固摩擦纳米发电芯体；
12、每个所述液-固摩擦纳米发电芯体结构相同，均包括外管、摩擦液体和外部感应电极；
13、所述外管为中空的密封结构，摩擦液体设置在外管内部，外部感应电极设置在外管外壁；所述外管的材料和摩擦液体极性相反；
14、所述液-固摩擦发电单元沿水平方向在第一壳体内左右滑动，每个所述液-固摩擦纳米发电芯体中的摩擦液体与外管内壁相互摩擦，产生电荷转移，并在外部感应电极上感应出感应电荷，感应电荷通过外接导线引出，产生交流电。
15、优选地，所述第一接触-分离摩擦发电单元和第二接触-分离摩擦发电单元均包括：若干个间隔设置的基板，相邻的两个所述基板通过弹性连接件连接；
16、所述基板的两侧分别设置有第三导电层和第四导电层；所述第三导电层和第四导电层上分别覆盖有材料极性相反的第三摩擦层和第四摩擦层；相邻的两个所述基板的第三摩擦层和第四摩擦层相对设置；
17、在循环伸缩过程中，相邻的所述基板的第三摩擦层和第四摩擦层循环接触和分离，对应的第三导电层和第四导电层上感应出感应电荷，感应电荷通过外接导线引出，产生交流电。
18、优选地，所述第一接触-分离摩擦发电单元和第二接触-分离摩擦发电单元均还包括：若干个开合页；相邻的两个所述基板的同一端通过一个开合页铰接，用于实现折叠式伸缩。
19、优选地，所述第一壳体外侧还设置有导向装置，用于引导所述多模式波浪激发摩擦纳米发电装置左右往复运动。
20、优选地，所述导向装置具体为导向板。
21、优选地，所述外管为绝缘材料，所述绝缘材料包括ptfe、pe、pp、pet、pdms和pvc中的任意一种；
22、所述摩擦液体具体为去离子水、磁性流体和水溶液中的任意一种。
23、优选地，所述第一～第四导电层，以及外部感应电极均为导电材料，所述导电材料包括铜箔、铝箔和导电涂层中的任意一种；
24、所述第一摩擦层和第三摩擦层材料相本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多模式波浪激发摩擦纳米发电装置，其特征在于，包括：第一壳体、液-固摩擦发电单元、第一接触-分离摩擦发电单元和第二接触-分离摩擦发电单元；
2.根据权利要求1所述的一种多模式波浪激发摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述液-固摩擦发电单元包括第二壳体，所述第一壳体的底板内壁设置有第一导电层，所述第一导电层上覆盖有第一摩擦层；
3.根据权利要求1所述的一种多模式波浪激发摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述液-固摩擦发电单元内部设置有若干个并联的液-固摩擦纳米发电芯体；
4.根据权利要求1所述的一种多模式波浪激发摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述第一接触-分离摩擦发电单元和第二接触-分离摩擦发电单元均包括：若干个间隔设置的基板，相邻的两个所述基板通过弹性连接件连接；
5.根据权利要求4所述的一种多模式波浪激发摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述第一接触-分离摩擦发电单元和第二接触-分离摩擦发电单元均还包括：若干个开合页；相邻的两个所述基板的同一端通过一个开合页铰接，用于实现折叠式伸缩。
6.根据权利要求1所述的一种多模式波浪激
7.根据权利要求6所述的一种多模式波浪激发摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述导向装置具体为导向板。
8.根据权利要求3所述的一种多模式波浪激发摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述外管为绝缘材料，所述绝缘材料包括PTFE、PE、PP、PET、PDMS和PVC中的任意一种；
9.根据权利要求2～4所述的一种多模式波浪激发摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述第一～第四导电层，以及外部感应电极均为导电材料，所述导电材料包括铜箔、铝箔和导电涂层中的任意一种；
10.根据权利要求2和4所述的一种多模式波浪激发摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述第一壳体、第二壳体和基板材料相同，均为亚克力板。
...【技术特征摘要】
1.一种多模式波浪激发摩擦纳米发电装置，其特征在于，包括：第一壳体、液-固摩擦发电单元、第一接触-分离摩擦发电单元和第二接触-分离摩擦发电单元；
2.根据权利要求1所述的一种多模式波浪激发摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述液-固摩擦发电单元包括第二壳体，所述第一壳体的底板内壁设置有第一导电层，所述第一导电层上覆盖有第一摩擦层；
3.根据权利要求1所述的一种多模式波浪激发摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述液-固摩擦发电单元内部设置有若干个并联的液-固摩擦纳米发电芯体；
4.根据权利要求1所述的一种多模式波浪激发摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述第一接触-分离摩擦发电单元和第二接触-分离摩擦发电单元均包括：若干个间隔设置的基板，相邻的两个所述基板通过弹性连接件连接；
5.根据权利要求4所述的一种多模式波浪激发摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述第一接触-分离摩擦发电单元和第二接触-分离摩擦发电单元均还包括：若干个开合页；...
【专利技术属性】
技术研发人员：张乾熙，李登辉，李诗诗，张鹏，李文浩，苏佳美，罗晓鹏，邓明昊，陆海鹏，
申请(专利权)人：广东海洋大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。