一種基于壓電材料的隔音發(fā)電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及發(fā)電技術(shù)，尤其是一種基于壓電材料的隔音發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 聲音是由物體振動產(chǎn)生的，是日常生活中每天能接觸到的現(xiàn)象，是人們交流信息、 彼此溝通的重要渠道，它無時無刻不在。聲音的傳播形式是聲波。聲波分為超聲波、次聲波 以及人耳可以聽到的聲波三種。其中，人耳可以聽到的聲波頻率在20HZ?20000HZ之間， 高于20000HZ的聲波稱為超聲波，低于20HZ的聲波稱為次聲波，不同頻率的聲音效果不同， 可能是美妙的音樂，也可能變成噪音。美妙的音樂是指讓人產(chǎn)生舒適感覺或聽覺享受的聲 音，它可以讓你放松心情、身心愉悅、排走寂寞。噪音是指不恰當或者不舒服的聽覺刺激，從 社會和心理意義來說，凡是妨礙人們學習、工作和休息并使人產(chǎn)生不舒適感覺的聲音都叫 噪音，噪音影響我們的睡眠質(zhì)量，導致頭暈、頭痛、失眠、多夢、記憶力減退、注意力不集中等 癥狀，嚴重影響人們的身心健康。目前超聲波和次聲波已得到了一定程度的應(yīng)用，例如利用 次聲波可以探測自然災(zāi)害性事件、利用超聲波擊碎人體的結(jié)石、利用超聲波探測金屬、材料 混凝土制品等。
[0003] 尤其是，目前在城市化進程越來越快，交通和運輸壓力越來越大，路面上行駛的車 輛產(chǎn)生的路面噪音，對人們的生活和工作環(huán)境產(chǎn)生了很大的危害，跟進一步，在高速路或車 流密集區(qū)域等產(chǎn)生的路面噪音的還很容易產(chǎn)生聲音的共振，從而將這種路面噪音加大，對 在路邊生活和工作的人產(chǎn)生了極大的隱患。盡管目前在居民區(qū)的已經(jīng)有一些隔音防護墻， 但是采用的材料往往不能實現(xiàn)很好的隔音效果，聲波的能量很難被全部吸收或反射疊加形 成共振。
[0004] 同時，聲波也是自然界的一種能量形式，因此，具備利用發(fā)電等的能源利用前景， 尤其是在路面噪音一方面產(chǎn)生環(huán)境污染，另一方面，路面如路燈等公共設(shè)備具有用電需求， 因此，如果能夠利用噪音的聲波能實現(xiàn)發(fā)電的話，對保護環(huán)境和節(jié)能減排都是非常有好處 的。。
[0005] 目前，在利用聲波進行發(fā)電已經(jīng)有非常多的應(yīng)用，如公開號為 CN201478981，標 題為"聲波發(fā)電裝置"的專利披露的一種利用聲波對振動膜片做功，讓其的振動再引起封閉 線圈的運動，從而封閉線圈在磁體形成的磁場中切割磁力線，產(chǎn)生電能，實現(xiàn)了利用聲波發(fā) 電。這也是目前利用聲波發(fā)電的主要方式之一。但是這種發(fā)電方式存在體積較大，結(jié)構(gòu)復(fù) 雜；發(fā)電效率較低，容易磨損和維護困難等問題。因此，需要一種新的利用聲波發(fā)電的方式 來克服上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明實施例提出一種基于壓電材料的隔音發(fā)電裝置，包括支撐載體和隔音發(fā)電 體，所述隔音發(fā)電體包括集音單元，轉(zhuǎn)換單元和電流輸出單元，所述集音單元用于收集并輸 出聲波信號，所述轉(zhuǎn)換單元包括壓電轉(zhuǎn)能模塊，可通過壓電材料將所述聲波信號的能量轉(zhuǎn) 換為電能。
[0007] 更進一步，所述壓電轉(zhuǎn)能模塊包括由金屬制成的第一電極、由壓電材料制成的壓 電部件以及由金屬或者壓電材料制成的第二電極，所述壓電部件可與第一、第二電極接觸 并實現(xiàn)電通導。
[0008] 更進一步，所述第一電極朝向壓電材料的一面設(shè)置為鋸齒狀，表面覆蓋一層金屬 鉬，且第一電極通過彈性物質(zhì)與周圍固定。
[0009] 更進一步，所述第一電極優(yōu)選使用鈀/金制成。
[0010] 更進一步，所述壓電材料優(yōu)選使用氧化鋅。
[0011] 更進一步，所述壓電部件為由氧化鋅柱組成的陣列。
[0012] 更進一步，所述氧化鋅柱的優(yōu)選尺寸為長度10微米，直徑150納米。
[0013] 更進一步，所述能量轉(zhuǎn)換裝置還包括聚能單元，所述聚能單元將所述集音單元輸 出的聲波信號進行放大后提供給所述轉(zhuǎn)換單元。
[0014] 更進一步，所述聚能單元為內(nèi)表面光滑的橢圓體。
[0015] 更進一步，所隔音發(fā)電裝置設(shè)置成墻體。
[0016] 本發(fā)明實施例提供的基于壓電材料的隔音發(fā)電裝置，能夠有效將聲波轉(zhuǎn)化為電 能，同時實現(xiàn)隔音的效果，能廣泛用于道路的隔音防護墻，同時為道路旁的路燈等公共設(shè)施 供電，達到環(huán)保和節(jié)能的雙重目的。
【附圖說明】
[0017] 圖1-1展示基于壓電材料的隔音發(fā)電裝置的一種結(jié)構(gòu)圖； 圖1-2展示基于壓電材料的隔音發(fā)電體的一種結(jié)構(gòu)圖 圖1-3展示基于壓電材料的隔音發(fā)電體另一種結(jié)構(gòu)圖； 圖2-1是壓電轉(zhuǎn)能模塊部分一種實施例的構(gòu)成示意圖； 圖2-2是壓電轉(zhuǎn)能模塊部另一種實施例的分構(gòu)成示意圖； 圖2-3是壓電轉(zhuǎn)能模塊構(gòu)整體結(jié)構(gòu)圖； 圖3是聚能單元結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是基于壓電材料的隔音發(fā)電裝置的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0018] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，本發(fā)明實例在附圖中示出，盡管將結(jié)合這些實施例來描述本發(fā)明，應(yīng)該理解其并 非要將本發(fā)明限制為這些實施例。相反，本發(fā)明意欲覆蓋可包括在所附權(quán)利要求所限定的 精神和范圍內(nèi)的替換、修改和等效形式。另外，在對本發(fā)明實施例的以下詳述中，提出了很 多具體細節(jié)以使本發(fā)明得到徹底理解。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認識到，沒有這些具體 細節(jié)也可實施本發(fā)明。在其它實例中，為了不必要地模糊本發(fā)明的方面，未詳細描述公知的 方法、過程、部件和電路。 以下詳細描述的一些部分是按照過程、步驟、邏輯塊、處理及對可在計算機存儲器上執(zhí) 行的數(shù)據(jù)位的操作的其它符號表示來提出的。這些描述和表示是數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域的技術(shù)人員 所使用的、為了將其工作的實質(zhì)最有效地傳達給該領(lǐng)域其它技術(shù)人員的手段。這里，過程、 計算機執(zhí)行的步驟、邏輯塊、進程等通常設(shè)想為導致期望結(jié)果的步驟或指令的自洽序列。所 述步驟是需要對物理量的物理操縱的步驟。通常，盡管不必要，這些量采用能夠在計算機系 統(tǒng)中存儲、傳遞、組合、比較或另外操縱的電或磁信號的形式。已經(jīng)證明，主要是為了公共使 用的原因，將這些信號稱作位、值、元素、符號、字符、項目、數(shù)字等有時是方便的。 然而，應(yīng)牢記的是，所有這些和相似的術(shù)語應(yīng)與適當?shù)奈锢砹肯嚓P(guān)聯(lián)并且僅僅是適用 于這些量的方便標記。除非特別指明，否則如以下描述中所顯而易見的，應(yīng)理解在整個本發(fā) 明中，討論所用的術(shù)語，如"關(guān)聯(lián)"或"識別"或"再現(xiàn)"或"需要"或"確定"或"重復(fù)"或"執(zhí) 行"或"檢測"或"引導"等，指的是電子系統(tǒng)或類似電子計算設(shè)備的動作和過程，其將電子 設(shè)備的寄存器和存儲器內(nèi)的表示為物理（電子）量的數(shù)據(jù)操縱和變換成電子設(shè)備存儲器或 寄存器或者其它這樣的信息存儲、傳輸或顯示設(shè)備內(nèi)的類似地表示為物理量的其它數(shù)據(jù)。
[0019] 人們很早就發(fā)現(xiàn)，某些物質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內(nèi)部會 產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個相對表面上出現(xiàn)正負相反的電荷。當外力去掉后，它又會恢 復(fù)到不帶電的狀態(tài)，稱之為正壓電效應(yīng)，反之，施加激勵電場，介質(zhì)將產(chǎn)生機械變形，稱逆壓 電效應(yīng)。這種物質(zhì)被統(tǒng)稱為壓電材料。利用壓電材料將外力轉(zhuǎn)換成電能的特性，可以制造 出壓電點火器、移動X光電源、炮彈引爆裝置。電子打火機中就有壓電材料制作的火石，打 火次數(shù)可在100萬次以上。用壓電材料把電能轉(zhuǎn)換成超聲振動，可以用來探尋水下魚群的 位置和形狀，對金屬進行無損探傷，以及超聲清洗、超聲醫(yī)療，還可以做成各種超聲切割器、 焊接裝置及烙鐵，對塑料甚至金屬進行加工。
[0020] 壓電材料具有敏感的特性，可以將極其微弱的機械振動轉(zhuǎn)換成電信號，可用于聲 納系統(tǒng)、氣象探測、遙測環(huán)境保護、家用電器等。地震是毀滅性的災(zāi)害，而且震源始于地殼深 處，以前很難預(yù)測，使人類陷入了無計可施的尷尬境地。壓電材料對外力的敏感使它甚至可 以感應(yīng)到十幾米外飛蟲拍打翅膀?qū)諝獾臄_動，用它來制作壓電地震儀，能精確地測出地 震強度，指示出地震的方位和距離。
[0021] 由于壓電材料是天然的換能器，能夠敏感的將機械能轉(zhuǎn)換為電能，且納米級的壓 電材料已然可以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，用納米級的壓電材料可以制作出體積非常小的聲波發(fā)電 機，這些發(fā)動機安裝在隔音裝置上，可以實現(xiàn)隔音和發(fā)電兩種效果。
[0022] 本發(fā)明所述的基于壓電材料的隔音發(fā)電裝置，就是基于納米級的壓電材料設(shè)計的 可將聲波信號有效收集并將其轉(zhuǎn)化為電能并實現(xiàn)隔音目的的裝置。
[0023] 圖1-1說明根據(jù)本發(fā)明的各種例示性實施例的展示基于壓電材料的隔音發(fā)電裝 置結(jié)構(gòu)圖。
[0024] 圖1-1中，表示了基于壓電材料的隔音發(fā)電裝置包括隔音發(fā)電體100以及支撐載 體300,所述支撐載體300按照應(yīng)用場景可以為鐵、水泥、石頭、磚頭等一般建筑用材料建造 的支撐結(jié)構(gòu)，如墻體或防護欄等。優(yōu)選的，支撐體可選用具有隔音性能的隔音材料制作。隔 音發(fā)電體100依附在支撐載體上，并朝向產(chǎn)生噪音源的一方，用于利用噪音進行發(fā)電的同 時，實現(xiàn)對噪音的消除，達到隔音的目的。
[0025] 圖1-2說明根據(jù)本發(fā)明的各種例示性實施例的展示基于壓電材料的隔音發(fā)電體 結(jié)構(gòu)圖。
[0026] 圖1-2中，基于壓電材料的隔音發(fā)電體100和應(yīng)用200通過有線或無線的方式實 現(xiàn)電力連接，隔音發(fā)電體100的電能傳輸?shù)綉?yīng)用200中，所述應(yīng)用200可以是各種各樣需要 供電的電子設(shè)備，也可以是儲電裝置，如可充電的電池等。隔音發(fā)電體100包括集音單元 101、轉(zhuǎn)換單元102