[发明专利]一种利用周期性压力变化驱动器件往复运动来发电的方法

说明书

技术领域

本发明属于发电方法领域。

背景技术

发电的方式有很多种，例如传统的火电、水电等用动力驱动发电机转子旋转切割磁力线来进行发电。或者，利用太阳能进行光伏发电，利用化学能进行发电，例如各种电池，以及利用压电材料的压电效应进行发电。然而，上述发电方法中，仅有电池和压电材料有可能适合于给位于人体内的器件进行供电。

植入人体内的心脏起搏器需要电池驱动才能工作，然而，电池一般只能用3-4年，最多使用5-6年便会耗尽电能。这使得病人不得不重新做手术以更换电池，给病人带来肉体痛苦和经济负担。因此，人们正在研究很多能够通过人体自身的运动能量或化学能来给心脏起搏器提供能量的方法。

一种方法是利用心脏跳动的动能来实现发电，例如王中林等人报道了将具有压电效应的氧化锌材料纳米线粘贴到心脏表面上，随着心脏的跳动，该氧化锌材料纳米线反复地被弯曲/拉直，通过压电效应实现发电。

本发明则另辟蹊径，试图利用人体血压在舒张压和收缩压之间的往复变化来驱动器件实现往复运动，进而实现发电。提出了一种全新的为心脏起搏器提供电能供应的方式。

发明内容

第一方面，本发明提供了一种利用周期性压力变化驱动器件往复运动来发电的方法，包括以下步骤：

a.提供一个具有疏水性表面且具有一段导体的器件，并通过将该器件从空气中转移到位于磁场内的水中来使得在水中在该器件的疏水性表面上产生一层气泡；通过对所述器件进行配重和/或通过调整所述气泡的多少来使得该器件刚好能浮在水面上；

b.周期性地改变水面上的气压，来周期性地改变所述气泡的大小，进而周期性地改变所述器件的浮力，实现该器件在水中周期性上浮/下沉运动，使得所述导体切割磁力线，以在所述导体的两段产生电动势。

在本发明的第一方面的实施方案中，通过在所述水中或盛水容器的周围放置磁铁来提供所述磁场。

在本发明的第一方面的实施方案中，“配重”是指将与器件密度不同的物质放在器件上以调整该器件的整体比重的过程。当器件本身密度小于水的密度时，常使用密度大于水的物质进行配重；当器件本身密度大于水时，常使用密度小于水的物质进行配重。“刚好能浮在水面上”是指这样一种状态：器件整体在水中所受的浮力仅略微大于其重力，例如在重力的99.5-100%的范围内，优选在重力的99.8-100%的范围内，更优选在重力的99.9-100%的范围内。通过使用配重物和/或通过调整疏水性表面上的气泡数目和大小，能够实现对器件的重力和/或浮力的调整和控制，以实现器件“刚好能浮在水面上”，以及根据需要实现该器件的上浮/下沉运动。

在本发明的第一方面的优选实施方案中，通过以下方法来提供所述疏水性表面：在所述器件表面上贴附一层铜箔，然后将该铜箔置于氯金酸溶液中，通过无电化学沉积法在该铜箔表面沉积一层金颗粒，然后通过气相沉积法在该金颗粒表面沉积全氟硫醇，形成所述疏水性表面。这些沉积方法都是已知方法，可查阅相关文献而得知，此处不再赘述，实施例中也给出了一种示例性沉积方法，可供参考。当然，也可以使用别的方法来实现所述疏水性表面。

本发明中，当将该具有疏水性表面的器件从空气中转移到水中时，该疏水性表面会捕获水中溶解的空气而在该疏水性表面上形成一层气泡，该气泡可为该器件另外提供一些浮力。

在本发明的第一方面的优选实施方案中，步骤a中通过用鼓泡器向水中引入额外的气泡来调整所述疏水性表面上的气泡的多少和大小。鼓入的气泡中的一部分会被所述疏水性表面捕获，增加该疏水性表面上的气泡的数目或尺寸。其中鼓泡器是任何能够向水中引入气泡的设备，例如可以是常规的注射器针头或者是进气管，等等。

在本发明的第一方面的优选实施方案中，其中所述周期性压力变化是在人体血压的舒张压和收缩压范围之内进行的周期性变化。其中人体血压的舒张压正常值一般在60～80mmHg范围内，收缩压正常值一般在100～120mmHg范围内。在本发明的验证性实验中，通过挤压常规血压计的橡皮气囊可实现压力在人体血压的舒张压和收缩压范围之内进行周期性变化。根据理想气体定律PV=nRT，气泡体积会随着压力增大而减小，会随着压力减小而增大，因此，随着压力的周期性变化，疏水性表面上的气泡的尺寸也会进行周期性变化，进而浮力也会周期性变化，通过事先调整器件的配重和/或气泡数目，使得该周期性浮力变化恰好跨越器件重力值，则可以实现该器件随着该压力的周期性变化而在水中周期性地上浮/下沉运动。