一種密閉環(huán)境中液體振動(dòng)能采集裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種密閉環(huán)境中液體振動(dòng)能采集裝置，包括原有密封環(huán)境1、密封環(huán)境內(nèi)壁2、密封環(huán)境內(nèi)液體3和外加電極4，通過在原有密封環(huán)境外部選擇性地制備外加電極，即可將液體的振動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能加以利用，是一種制備簡單、適用范圍廣、生產(chǎn)成本低的能量采集裝置。
【專利說明】一種密閉環(huán)境中液體振動(dòng)能采集裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微能源領(lǐng)域，具體涉及一種密閉環(huán)境中液體振動(dòng)能采集裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，世界對能源的需求也越來越迫切。為了緩解世界性能源危機(jī)，能量采集裝置受到了廣泛的關(guān)注。能量采集裝置可以將環(huán)境中存在的其它形式的能量轉(zhuǎn)化成電能加以利用。例如，太陽能電池將環(huán)境中存在的太陽能轉(zhuǎn)化為電能，從而為各種電子器件供能。相比太陽能，振動(dòng)能在環(huán)境中存在更加廣泛且不受時(shí)間限制。2012年，基于摩擦起電原理的納米發(fā)電機(jī)制備成功并實(shí)現(xiàn)了機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)化。
[0003]基于摩擦起電原理的納米發(fā)電機(jī)輸出電壓高，但是環(huán)境中的水分對其輸出性能影響較大。通過有效的封裝可以使摩擦納米發(fā)電機(jī)在液體環(huán)境中工作，但是封裝過程增加了加工的復(fù)雜程度，且液體的滲入仍然會(huì)影響其輸出性能。直接以水為摩擦表面，可以簡化封裝過程，但是整個(gè)系統(tǒng)非密閉環(huán)境，在一些應(yīng)用場合不能適用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對上述問題，提供一種密閉環(huán)境中液體振動(dòng)能采集裝置，通過在原有密封環(huán)境外部選擇性地制備外加電極，即可將液體的振動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能加以利用。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
[0006]一種密閉環(huán)境中液體振動(dòng)能采集裝置，包括原有密封環(huán)境1、密封環(huán)境內(nèi)壁2、密封環(huán)境內(nèi)液體3和外加電極4,其中,密封環(huán)境內(nèi)壁2位于原有密封環(huán)境I的內(nèi)表面,密封環(huán)境內(nèi)液體3位于密封環(huán)境內(nèi)壁2內(nèi)，夕卜加電極4分布在原有密封環(huán)境I的外表面。
[0007]所述原有密封環(huán)境I為日常生活中的水杯、水壺、輸液管道或活塞驅(qū)動(dòng)裝置。
[0008]所述密封環(huán)境內(nèi)壁2的材料為絕緣材料，包括塑料、玻璃或橡膠。
[0009]所述密封環(huán)境內(nèi)液體3為任意液體。
[0010]所述外加電極4為電阻率小于等于Ιι?Ω.cm的金屬、電阻率小于等于Ιι?Ω.cm的合金或電阻率小于等于ΙπιΩ.cm的金屬氧化物。
[0011]本發(fā)明的工作原理為:當(dāng)密封環(huán)境內(nèi)液體3受到外界振動(dòng)時(shí)，與密封環(huán)境內(nèi)壁2周期性接觸、分離，根據(jù)接觸起電原理，會(huì)使密封環(huán)境內(nèi)壁2帶有凈電荷。由于密封環(huán)境內(nèi)液體3的運(yùn)動(dòng)，其與外加電極4之間的間距、重疊面積會(huì)發(fā)生變化，以及由于液體形狀的變化，使外加電極4之間的等效介電常數(shù)發(fā)生變化。上述變化會(huì)使外加電極4中的感應(yīng)電荷重新分布，從而產(chǎn)生電輸出。輸出電壓取決于器件的具體材料、實(shí)際尺寸以及外加電極分布，范圍在幾伏至幾千伏。
[0012]有益效果:
[0013]1、本發(fā)明提出的密閉環(huán)境中液體振動(dòng)能采集裝置通過在原有密封環(huán)境的基礎(chǔ)上制備電極，即可應(yīng)用于任意絕緣材料構(gòu)成的密封環(huán)境中，制備簡單、適用范圍廣、生產(chǎn)成本低。[0014]2、結(jié)合液體自身的物理性質(zhì)，本發(fā)明提出的密閉環(huán)境中液體振動(dòng)能采集裝置具有低諧振頻率、寬工作頻帶的特點(diǎn)，可以有效采集環(huán)境中的振動(dòng)能。
[0015]3、本發(fā)明提出的密閉環(huán)境中液體振動(dòng)能采集裝置將變間距、變面積、變介電常數(shù)三種靜電感應(yīng)原理相結(jié)合，轉(zhuǎn)化效率高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的密閉環(huán)境中液體振動(dòng)能采集裝置立體示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明的密閉環(huán)境中液體振動(dòng)能采集裝置側(cè)面剖視圖；
[0018]圖3為本發(fā)明的密閉環(huán)境中液體振動(dòng)能采集裝置前視剖視圖；
[0019]圖4a、4b、4c為本發(fā)明的密閉環(huán)境中液體振動(dòng)能采集裝置工作原理圖；
[0020]圖5為本發(fā)明的密閉環(huán)境中液體振動(dòng)能采集裝置在外加振動(dòng)時(shí)的輸出電壓曲線，密封環(huán)境內(nèi)壁為塑料，密封環(huán)境內(nèi)液體為飲用水；
[0021]圖6為本發(fā)明的密閉環(huán)境中液體振動(dòng)能采集裝置在外加振動(dòng)時(shí)的輸出電壓曲線，密封環(huán)境內(nèi)壁為塑料，密封環(huán)境內(nèi)液體為氯化鈉溶液。
[0022]圖中，I為原有密封環(huán)境；2為密封環(huán)境內(nèi)壁；3為密封環(huán)境內(nèi)液體；4為外加電極?！揪唧w實(shí)施方式】
[0023]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0024]實(shí)施例1
[0025]如圖1至3所示，一種密閉環(huán)境中液體振動(dòng)能采集裝置，包括原有密封環(huán)境1、密封環(huán)境內(nèi)壁2、密封環(huán)境內(nèi)液體3、外加電極4，其中，密封環(huán)境內(nèi)壁2位于原有密封環(huán)境I的內(nèi)表面，密封環(huán)境內(nèi)液體3位于密封環(huán)境內(nèi)壁2內(nèi)，夕卜加電極4分布在原有密封環(huán)境I的外表面。
[0026]其中原有密封環(huán)境I為日常生活中常用的水壺。
[0027]密封環(huán)境內(nèi)壁2材料為塑料。
[0028]密封環(huán)境內(nèi)液體3為日常飲用水。
[0029]外加電極4為金屬招,外加電極4分布在原有密封環(huán)境I的外表面。根據(jù)具體應(yīng)用環(huán)境優(yōu)化外加電極4的尺寸與分布，可以進(jìn)一步提高輸出性能。
[0030]如圖4所示，當(dāng)密封環(huán)境內(nèi)液體3受到外界振動(dòng)時(shí)，與密封環(huán)境內(nèi)壁2周期性接觸、分離，會(huì)使密封環(huán)境內(nèi)壁2帶有凈電荷。由于密封環(huán)境內(nèi)液體3的運(yùn)動(dòng)，其與外加電極4之間的間距(圖4 (a))、重疊面積(圖4(b))會(huì)發(fā)生變化；此外，由于液體形狀的變化，使外加電極4之間的等效介電常數(shù)發(fā)生變化(圖4(c))，從而產(chǎn)生電輸出。
[0031]如圖5所示，當(dāng)晃動(dòng)密封環(huán)境I時(shí)，在外加電極4之間會(huì)產(chǎn)生交流電壓輸出，峰峰值約為53.5伏。
[0032]實(shí)施例2
[0033]原有密封環(huán)境I為實(shí)驗(yàn)中常用的試劑瓶。
[0034]密封環(huán)境內(nèi)壁2材料為塑料。
[0035]密封環(huán)境內(nèi)液體3為氯化鈉溶液。[0036]外加電極4為金屬銅,外加電極4分布在原有密封環(huán)境I的外表面。
[0037]如圖6所不，當(dāng)晃動(dòng)密封環(huán)境I時(shí)，在外加電極4之間會(huì)產(chǎn)生交流電壓輸出，峰峰值約為35.8伏。
[0038]最后應(yīng)說明的是:顯然，上述實(shí)施例僅是為清楚地說明本申請所作的舉例，而并非對實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉，而由此所引申出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本申請型的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種密閉環(huán)境中液體振動(dòng)能采集裝置，其特征在于:包括原有密封環(huán)境(I)、密封環(huán)境內(nèi)壁(2 )、密封環(huán)境內(nèi)液體(3 )和外加電極(4)，其中，密封環(huán)境內(nèi)壁(2 )位于原有密封環(huán)境(I)的內(nèi)表面，密封環(huán)境內(nèi)液體(3)位于密封環(huán)境內(nèi)壁(2)內(nèi)，夕卜加電極(4)分布在原有密封環(huán)境(I)的外表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密閉環(huán)境中液體振動(dòng)能采集裝置，其特征在于:所述原有密封環(huán)境(I)選自日常生活中的水杯、水壺、輸液管道或活塞驅(qū)動(dòng)裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密閉環(huán)境中液體振動(dòng)能采集裝置，其特征在于:所述密封環(huán)境內(nèi)壁(2 )的材料為絕緣材料，包括塑料、玻璃或橡膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密閉環(huán)境中液體振動(dòng)能采集裝置，其特征在于:所述外加電極(4)為電阻率小于等于ΙπιΩ.cm的金屬、電阻率小于等于ΙπιΩ.cm合金或電阻率小于等于ΙπιΩ.cm金屬氧化物。
【文檔編號(hào)】B81B7/02GK103780138SQ201310745995
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】張海霞, 韓夢迪, 張曉升, 孟博 申請人:北京大學(xué)