一種濕度感應(yīng)發(fā)電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)電裝置,特別涉及一種濕度感應(yīng)發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]液晶彈性體、介電彈性體、離子交換膜金屬復(fù)合材料(IPMC)以及碳納米管材料等高新材料可以根據(jù)聲、光、電、磁、熱等環(huán)境因素變化的刺激而產(chǎn)生可逆的變形運(yùn)動(dòng),應(yīng)用這一原理,可以制成多種無須外接電源的發(fā)電裝置。而相比之下環(huán)境中的濕度變化作為一種獨(dú)特的能源則被長(zhǎng)期忽視,并沒有得到有效的利用。近些年來,雖然一些受濕度變化激發(fā)的機(jī)械致動(dòng)器被研制出來,如季戊四醇-乙氧基聚吡咯復(fù)合膜和石墨烯-氧化石墨烯復(fù)合膜等。但由于這些材料普遍存在尺寸過小、變形難以調(diào)控和加工難度大等不利因素,使它們暫時(shí)難以應(yīng)用到實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有發(fā)電裝置需要外接電源的問題,而提供的一種運(yùn)用環(huán)境濕度變化產(chǎn)生形變的材料與結(jié)構(gòu),并將其與壓電材料結(jié)合,構(gòu)成濕度感應(yīng)發(fā)電裝置。
[0004]本發(fā)明包括有兩個(gè)弧形壓電元件,兩個(gè)弧形壓電元件間隔對(duì)稱放置,兩個(gè)弧形壓電元件的上端之間、兩個(gè)弧形壓電元件的下端之間均由絕緣材料制成的矩形塑料板相連接;由若干個(gè)濕度感應(yīng)致動(dòng)器組成的致動(dòng)器陣列粘接在矩形塑料板的內(nèi)側(cè)之間;弧形壓電元件的內(nèi)外表面覆設(shè)有金屬電極層,弧形壓電元件內(nèi)外表面的金屬電極層連接有輸出導(dǎo)線。
[0005]所述的各弧形壓電元件外部包裹有絕緣層。
[0006]所述的弧形壓電元件是由壓電聚合物制成。
[0007]為了將壓電彎曲元件因曲率變化而產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,所述壓電聚合物為聚偏氟乙烯(PVDF)。
[0008]所述矩形塑料板應(yīng)由具有一定剛度和韌性且絕緣性良好的工程塑料制成,矩形塑料板的材質(zhì)為尼龍(PA)、聚甲醛(POM)或聚苯醚(PPO)。
[0009]所述的濕度感應(yīng)致動(dòng)器由若干個(gè)同軸的中空?qǐng)A柱形基本單元體首尾依次相接構(gòu)成;每一個(gè)中空?qǐng)A柱形基本單元體是由彈性模量相差很大的夾層材料和基體材料間隔彼此鑲嵌而成。
[0010]所述夾層材料為環(huán)形片狀,是由剛度較大的金屬材料制成,所述的金屬材料為鑄鐵、鈦、冷拔純銅、碳鋼或合金鋼。所述的基體材料是由明膠、丙烯酰胺凝膠,木漿草漿與環(huán)氧樹脂按一定比例混合制成的遇水可以產(chǎn)生體積膨脹的高分子聚合物材料,基體材料為中空?qǐng)A柱體。
[0011]夾層材料與中空?qǐng)A柱形基本單元體軸線之間形成有夾角Θ,夾角Θ為12°?42° ;所述夾層材料與基體材料兩者彈性模量的比值大于100。
[0012]相鄰兩個(gè)環(huán)形夾層材料之間的圓心距與由基體材料構(gòu)成的中空?qǐng)A柱形基本單元體的橫截面半徑之間的比值小于3。
[0013]濕度感應(yīng)致動(dòng)器中第n+1個(gè)中空?qǐng)A柱形基本單元體內(nèi)部的夾層材料與基體材料的組合方式是按照第η個(gè)中空?qǐng)A柱形基本單元體繞Z軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°設(shè)置的,且中空?qǐng)A柱形基本單元體的總數(shù)η不小于5。
[0014]本發(fā)明的工作原理為:
[0015]與上下兩個(gè)矩形塑料板相連接的每一個(gè)濕度感應(yīng)致動(dòng)器都具有根據(jù)環(huán)境的濕度變化而產(chǎn)生螺旋形變形的能力,即被水浸潤(rùn)后形狀為圓柱體,內(nèi)部水分干燥后圓柱體產(chǎn)生了螺旋形的變形。這種變形運(yùn)動(dòng)會(huì)使與之相粘接的兩個(gè)矩形塑料板的間距產(chǎn)生變化。進(jìn)而,兩端與矩形塑料板相粘接的弧形壓電元件的曲率會(huì)隨著塑料板間距的改變而產(chǎn)生變化繼而產(chǎn)生機(jī)械能。根據(jù)壓電轉(zhuǎn)換效應(yīng),由有機(jī)壓電材料制成的壓電彎曲元件會(huì)將該機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能,經(jīng)由導(dǎo)線輸入到壓電轉(zhuǎn)換電路中。
[0016]本發(fā)明的有益效果:
[0017]可以借助濕度的變化,將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,是一種清潔能源的發(fā)電裝置,有利于環(huán)保,不使用燃料,發(fā)電成本低。
【附圖說明】
[0018]圖1為發(fā)明的立體示意圖。
[0019]圖2為本發(fā)明在潮濕的工作環(huán)境狀態(tài)下的截面圖。
[0020]圖3為本發(fā)明在干燥的工作環(huán)境狀態(tài)下的工作示意圖。
[0021]圖4為濕度感應(yīng)致動(dòng)器的夾層材料排列示意圖。
[0022]圖5為濕度感應(yīng)致動(dòng)器的基體材料排列示意圖。
[0023]圖6為濕度感應(yīng)致動(dòng)器中第η和第n+1個(gè)基本單元體的組裝方式示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]如圖1、圖2、圖4和圖5所示,本發(fā)明包括有兩個(gè)弧形壓電元件11,兩個(gè)弧形壓電元件11間隔對(duì)稱放置,兩個(gè)弧形壓電元件11的上端之間、兩個(gè)弧形壓電元件11的下端之間均由絕緣材料制成的矩形塑料板15相連接;由若干個(gè)濕度感應(yīng)致動(dòng)器13組成的致動(dòng)器陣列12粘接在矩形塑料板15的內(nèi)側(cè)之間;弧形壓電元件11的內(nèi)外表面覆設(shè)有金屬電極層17,弧形壓電元件11內(nèi)外表面的金屬電極層17連接有輸出導(dǎo)線16。
[0025]所述的各弧形壓電元件11外部包裹有絕緣層14。
[0026]所述的弧形壓電元件11是由壓電聚合物制成。
[0027]為了將壓電彎曲元件因曲率增大而產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,所述壓電聚合物為聚偏氟乙烯(PVDF)。
[0028]所述矩形塑料板15應(yīng)由具有一定剛度和韌性且絕緣性良好的工程塑料制成。起材質(zhì)為尼龍(PA)、聚甲醛(POM)或聚苯醚(PPO)。
[0029]如圖6所示,所述的濕度感應(yīng)致動(dòng)器13由若干個(gè)同軸的中空?qǐng)A柱形基本單元體首尾依次相接構(gòu)成;每一個(gè)中空?qǐng)A柱形基本單元體是由彈性模量相差很大的夾層材料3和基體材料4間隔彼此鑲嵌而成。
[0030]所述夾層材料3為環(huán)形片狀,是由剛度較大的金屬材料制成,所述的金屬材料為鑄鐵、鈦、冷拔純銅、碳鋼或合金鋼。所述的基體材料4是由明膠、丙烯酰胺凝膠,木漿草漿與環(huán)氧樹脂按一定比例混合制成的遇水可以產(chǎn)生體積膨脹的高分子聚合物材料,基體材料4為中空?qǐng)A柱體。
[0031]夾層材料3與中空?qǐng)A柱形基本單元體軸線之間形成有夾角Θ,夾角Θ為12°?42° ;所述夾層材料3與基體材料4兩者彈性模量的比值大于100。
[0032]相鄰兩個(gè)環(huán)形夾層材料3之間的圓心距與由基體材料4構(gòu)成的中空?qǐng)A柱形基本單元體的橫截面半徑之間的比值小于3。
[0033]如圖6所示,濕度感應(yīng)致動(dòng)器13中第n+1個(gè)中空?qǐng)A柱形基本單元體內(nèi)部的夾層材料3與基體材料4的組合方式是按照第η個(gè)中空?qǐng)A柱形基本單元體繞Z軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°設(shè)置的,且中空?qǐng)A柱形基本單元體的總數(shù)η不小于5。
[0034]本實(shí)施例的工作原理為:
[0035]如圖3所示,與上下兩個(gè)矩形塑料板15相連接的每一個(gè)濕度感應(yīng)致動(dòng)器13都具有根據(jù)環(huán)境的濕度變化而產(chǎn)生螺旋形變形的能力,即被水浸潤(rùn)后形狀為圓柱體,內(nèi)部水分干燥后圓柱體產(chǎn)生了螺旋形的變形。這種變形運(yùn)動(dòng)會(huì)使與之相粘接的兩個(gè)矩形塑料板15的間距產(chǎn)生變化。進(jìn)而,兩端與矩形塑料板15相粘接的弧形壓電元件11的曲率會(huì)隨著塑料板15間距的改變而產(chǎn)生變化繼而產(chǎn)生機(jī)械能。根據(jù)壓電轉(zhuǎn)換效應(yīng),由有機(jī)壓電材料制成的壓電彎曲元件11會(huì)將該機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能,經(jīng)由導(dǎo)線16輸入到壓電轉(zhuǎn)換電路中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種濕度感應(yīng)發(fā)電裝置,其特征在于:包括有兩個(gè)弧形壓電元件(11),兩個(gè)弧形壓電元件(11)間隔對(duì)稱放置,兩個(gè)弧形壓電元件(11)的上端之間、兩個(gè)弧形壓電元件(11)的下端之間均由絕緣材料制成的矩形塑料板(15)相連接;由若干個(gè)濕度感應(yīng)致動(dòng)器(13)組成的致動(dòng)器陣列(12)粘接在矩形塑料板(15)的內(nèi)側(cè)之間;弧形壓電元件(11)的內(nèi)外表面覆設(shè)有金屬電極層(17),弧形壓電元件(11)內(nèi)外表面的金屬電極層(17)連接有輸出導(dǎo)線(16)ο2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種濕度感應(yīng)發(fā)電裝置,其特征在于:所述的各弧形壓電元件(11)外部包裹有絕緣層(14)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種濕度感應(yīng)發(fā)電裝置,其特征在于:所述的弧形壓電元件(11)是由壓電聚合物制成;所述矩形塑料板(15)的材質(zhì)為尼龍、聚甲醛或聚苯醚。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種濕度感應(yīng)發(fā)電裝置,其特征在于:所述壓電聚合物為聚偏氟乙稀。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種濕度感應(yīng)發(fā)電裝置,其特征在于:所述的濕度感應(yīng)致動(dòng)器(13)由若干個(gè)同軸的中空?qǐng)A柱形基本單元體首尾依次相接構(gòu)成;每一個(gè)中空?qǐng)A柱形基本單元體是由夾層材料(3)和基體材料(4)間隔彼此鑲嵌而成。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種濕度感應(yīng)發(fā)電裝置,其特征在于:所述夾層材料(3)為環(huán)形片狀,其材質(zhì)為金屬材料;所述的基體材料(4)的材質(zhì)為遇水可以產(chǎn)生體積膨脹的高分子聚合物材料,基體材料(4)為中空?qǐng)A柱體。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種濕度感應(yīng)發(fā)電裝置,其特征在于:所述的夾層材料(3)與中空?qǐng)A柱形基本單元體軸線之間形成有夾角Θ,夾角Θ為12°?42° ;所述夾層材料(3)與基體材料(4)兩者彈性模量的比值大于100。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種濕度感應(yīng)發(fā)電裝置,其特征在于:所述相鄰兩個(gè)環(huán)形夾層材料(3)之間的圓心距與由基體材料(4)構(gòu)成的中空?qǐng)A柱形基本單元體的橫截面半徑之間的比值小于3。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種濕度感應(yīng)發(fā)電裝置,其特征在于:所述濕度感應(yīng)致動(dòng)器(13)中第n+1個(gè)中空?qǐng)A柱形基本單元體內(nèi)部的夾層材料(3)與基體材料⑷的組合方式是按照第η個(gè)中空?qǐng)A柱形基本單元體繞Z軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°設(shè)置的,且中空?qǐng)A柱形基本單元體的總數(shù)η不小于5。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種濕度感應(yīng)發(fā)電裝置,包括有兩個(gè)弧形壓電元件,兩個(gè)弧形壓電元件間隔對(duì)稱放置,兩個(gè)弧形壓電元件的上端之間、兩個(gè)弧形壓電元件的下端之間均由絕緣材料制成的矩形塑料板相連接;由若干個(gè)濕度感應(yīng)致動(dòng)器組成的致動(dòng)器陣列粘接在矩形塑料板的內(nèi)側(cè)之間;弧形壓電元件的內(nèi)外表面覆設(shè)有金屬電極層,弧形壓電元件內(nèi)外表面的金屬電極層連接有輸出導(dǎo)線;本發(fā)明借助濕度的變化,將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,是一種清潔能源的發(fā)電裝置,有利于環(huán)保,不使用燃料,發(fā)電成本低。<!-- 2 -->
【IPC分類】H02N2/18
【公開號(hào)】CN105207522
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510647935
【發(fā)明人】趙徹, 周雪莉, 宋正義, 劉陶然, 于征磊, 吳越, 任露泉, 劉慶萍
【申請(qǐng)人】吉林大學(xué)
【公開日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年10月9日