一種草叢結(jié)構(gòu)的納米摩擦風(fēng)能發(fā)電機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種發(fā)電機，特別是涉及將風(fēng)能產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)化為電能的草叢結(jié)構(gòu)的納米摩擦發(fā)電機。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)能作為自然界中最重要的可再生能源之一，它是由太陽輻射熱引起的。太陽輻射到地球表面，地球表面各處受熱不同，產(chǎn)生溫差，從而引起大氣的對流運動形成風(fēng)。據(jù)估計到達地球的太陽能中，雖只有約2%轉(zhuǎn)化為風(fēng)能，但其總量仍是十分可觀的。全球風(fēng)能約為2.74X 109Mff,其中可利用的風(fēng)能為2.74X 107Mff,比地球上可開發(fā)利用的水能的總量還要大10倍。但目前由于渦輪式風(fēng)力發(fā)電機昂貴的價格，較為龐大的體積及質(zhì)量，這些風(fēng)能雖然廣泛存在，但是沒有被有效的收集手段加以利用，通常大量被浪費。
[0003]目前，風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電機所利用的原理主要有靜電感應(yīng)，電磁感應(yīng)和特殊材料的壓電性能、靜電脈沖發(fā)電機等。然而，已經(jīng)實用新型的靜電感應(yīng)發(fā)電機，存在體積大、適用性窄等缺點，電磁感應(yīng)發(fā)電機和壓電發(fā)電機則普遍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對材料有特殊要求和成本較高等缺陷。靜電脈沖發(fā)電機在小型化和輕量化方面有所不足，輸出功率密度較小，不能滿足對各種振動機械能收集的需要。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型涉及一種可以將自然界、高速公路、隧道等等形式的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的結(jié)構(gòu)簡單的草叢結(jié)構(gòu)的納米摩擦風(fēng)能發(fā)電機，能夠為微型電子器件如航標、路標、警示牌等提供匹配的電源。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種草叢結(jié)構(gòu)的納米摩擦風(fēng)能發(fā)電機，包括:
[0006]—種草叢結(jié)構(gòu)的納米摩擦風(fēng)能發(fā)電機，其特征在于，包括:被固定在基底上η條的彈性塑料片相互形成的發(fā)電機數(shù)為η-l草叢結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成納米發(fā)電機的一個發(fā)電單元；
[0007]在任一相鄰兩彈性塑料片構(gòu)成的草叢結(jié)構(gòu)單元中，立于塑料片襯底105上的兩片彈性塑料片分別包括:第一電極層101和第一摩擦層102、第二電極層103和第二摩擦層104，兩片彈性塑料片插在塑料片襯底上105形成草叢結(jié)構(gòu)的納米發(fā)電機；每片彈性塑料片按摩擦極性序列順序交錯排列，固定在基底上的彈性塑料片相互作用形成自由接觸和分離的草叢結(jié)構(gòu)；彈性塑料片的絕緣材料摩擦層的表面設(shè)置有微結(jié)構(gòu)陣列修飾層；
[0008]所述發(fā)電機在外界風(fēng)力作用下，所有的單元發(fā)電機的摩擦極性相差較大的表面接觸和分離，因而有脈沖電信號輸出，發(fā)電機的η-l發(fā)電單元通過外電路并聯(lián)起來匯集發(fā)電機的輸出電流。
[0009]這樣，第一電極層101充當背電極，另一片塑料片有第二電極層103，第二電極層103的上表面接觸設(shè)置有第二摩擦層104。發(fā)電機受到外力作用(風(fēng)力作用)時，使得草叢結(jié)構(gòu)的納米摩擦風(fēng)能發(fā)電機閉合彎曲形變發(fā)生接觸及滑動，使發(fā)電單元的第一摩擦層102與第二電極層103接觸和摩擦，在第一電極層101與第二電極層103之間有脈沖電信號輸出所述每片彈性塑料片的正反面分別為摩擦極性序列相差較大的材料互相充當接觸電極和背電極。在外界風(fēng)力作用下，所有的單元發(fā)電機的摩擦極性相差較大的表面接觸和分離，因而有脈沖電信號輸出
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有下列有益效果：
[0011]1、本實用新型提供的草叢結(jié)構(gòu)的納米摩擦風(fēng)能發(fā)電機采用最新的納米摩擦發(fā)電技術(shù)，相對于傳統(tǒng)造價昂貴，體積及質(zhì)量龐大的渦輪式風(fēng)能發(fā)電機，它在增強發(fā)電適用性，大大的降低成本的同時仍然能保持非常有益的功率的輸出。
[0012]2、本實用新型提供的草叢結(jié)構(gòu)的納米摩擦風(fēng)能發(fā)電機采用單元數(shù)η的塑料片相互作用形成的發(fā)電機數(shù)為η-1 (η為邊單位數(shù)）草叢結(jié)構(gòu)的納米發(fā)電機，因此，柔性塑料片襯底的兩面分別為背電極和接觸電極提供載體，使得發(fā)電機數(shù)目成的η-i倍增長，能夠有效增加草叢結(jié)構(gòu)的納米摩擦風(fēng)能發(fā)電機的電流輸出，從而有效地將振動機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?br>[0013]3、采用具有一定機械強度、絕緣性能以及抵消單元發(fā)電機之間的電場影響的彈性高分子塑料片作為草叢結(jié)構(gòu)的納米摩擦風(fēng)能發(fā)電機的主要框架，成本低廉。
[0014]3、對于采用納米線陣列作為發(fā)電機的接觸面，不但可以增加接觸面積，而且納米線外壁與導(dǎo)電面的滑動增強發(fā)電機的摩擦起電效果，雜化了接觸起電效應(yīng)和摩擦起電效應(yīng)，從而大大地提高了發(fā)電機的輸出功率。
[0015]4、本實用新型的發(fā)電機結(jié)構(gòu)簡單，制備方法簡單，對材料無特殊要求，可以收集自然界、高速公路、隧道等產(chǎn)生的風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽哂袕V泛的實際用途。
【附圖說明】
[0016]通過附圖所示，本實用新型的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本實用新型的主旨。
[0017]圖1為本實用新型發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為實施例二在柔性塑料片表面設(shè)置微結(jié)構(gòu)陣列修飾層的表面形貌經(jīng)50000倍放大后的掃描電子顯微鏡圖譜。
[0019]圖3、圖4、圖5和圖6為本實用新型發(fā)電機實施例二的結(jié)構(gòu)模型照片；
[0020]圖7、圖8和圖9分別為納米發(fā)電機單元數(shù)為11=1，11 = 2和11 = 4的草叢結(jié)構(gòu)的納米摩擦風(fēng)能發(fā)電機的開路電壓測量結(jié)果；
[0021]圖10、圖11和圖12為單位邊長為η = 1，η = 2和η = 3的蜂窩式發(fā)電機的短路電流測量結(jié)果；
【具體實施方式】
[0022]風(fēng)能作為自然界中最重要的可再生能源之一，它是由太陽輻射熱引起的。太陽輻射到地球表面，地球表面各處受熱不同，產(chǎn)生溫差，從而引起大氣的對流運動形成風(fēng)。據(jù)估計到達地球的太陽能中，雖只有約2%轉(zhuǎn)化為風(fēng)能，但其總量仍是十分可觀的。全球風(fēng)能約為2. 74X 109Mff,其中可利用的風(fēng)能為2. 74X 107Mff,比地球上可開發(fā)利用的水能的總量還要大10倍。但目前由于渦輪式風(fēng)力發(fā)電機昂貴的價格，較為龐大的體積及質(zhì)量，這些風(fēng)能雖然廣泛存在，但是沒有被有效的收集手段加以利用，通常大量被浪費。
[0023]下面結(jié)合附圖和實施例詳細介紹本實用新型懸臂式脈沖發(fā)電機的【具體實施方式】。
[0024]實施例一:
[0025]參見圖1，草叢結(jié)構(gòu)的納米摩擦風(fēng)能發(fā)電機包括塑料片襯底105、兩片彈性塑料片分別包括第一電極層101和第一摩擦層102、第二電極層103和第二摩擦層104，塑料片襯底105按塑料片形狀剪切，形成草叢結(jié)構(gòu)的納米發(fā)電機。
[0026]塑料片襯底105具有一定機械強度，厚度和彈性，兩片彈性塑料片插在塑料片襯底上105形成草叢結(jié)構(gòu)的納米發(fā)電機；其中，塑料片的正反面設(shè)置有第一電極層101，第一摩擦層102，此時，第一電極層101充當背電極，另一片塑料片有第二電極層103，第二電極層103的上表面接觸設(shè)置有第二摩擦層104。發(fā)電機受到外力作用(風(fēng)力作用)時，使得草叢結(jié)構(gòu)的納米摩擦風(fēng)能發(fā)電機閉合彎曲形變發(fā)生接觸及滑動，使發(fā)電單元的第一摩擦層102與第二電極層103接觸和摩擦，在第一電極層101與第二電極層103之間有脈沖電信號輸出。
[0027]本實用新型的草叢結(jié)構(gòu)的納米摩擦風(fēng)能發(fā)電機中，第一摩擦層102與第二電極層103可以完全接觸及滑動后完全分開，也可以部分接觸及滑動后分開，也就使其接觸面積發(fā)生不斷的變化。
[0028]本實用新型的草叢結(jié)構(gòu)的納米摩擦風(fēng)能發(fā)電機利用了具有不同摩擦電極序的摩擦層材料接觸時發(fā)生表面電荷轉(zhuǎn)移的原理。本實用新型中所述的“摩擦電極序”，是指根據(jù)材料對電荷的吸引程度將其進行的排序，兩種材料在相互