[发明专利]一种转化水中波动能量的摩擦发电设备

说明书

一种转化水中波动能量的摩擦发电设备，为一个或多个并联的可漂浮于水面上的摩擦纳米发电体，其组成包括中空的绝缘外壳、两个电极层、外表面带有吸附电子层的块体；于绝缘外壳的内壁面上设有两个相互间隔的电极层，于两个电极层上分别固定有用于与绝缘外壳外部的用电元件相连的导线；外表面带有吸附电子层的块体置于绝缘外壳的内部。摩擦纳米发电体在水面波浪带动下发生平移和转动，内部外表面带有吸附电子层的块体(3)会随之在壳内发生移动，进而产生摩擦电流，将水中波动能量转化为电能。该摩擦发电设备可以，为小型用电设备，如传感器、LED灯等供电，可用于水面上或船只内的便携式应用。

技术领域

本发明涉及自供电能量转化技术领域，具体涉及一种快速转化水中波动能量为电能的摩擦纳米发电体。

背景技术

随着工业的快速发展，其带来的负面影响也越来越引人注目，大气污染更是其中极为重要的一个领域，生物的生长繁殖和人类的正常生活都受到了很大的影响。2006年，王中林教授课题组依据ZnO半导体纳米材料的压电将性成功的研制出了一种能够直接将环境中的微弱机械能转化为电能的纳米发电机，从而实现了无需外接电源就可为微纳器件提供电能的全新发电模式。经过不断的探索，各国科学家己经研制出了基于材料压电、热电、摩擦电等特性的多种纳米发电机，并且己经成为了纳米器件和纳米系统的有效能量源。该发电量可以应用于很多领域，如可穿戴电子设备、移动设施充电、大能源设想、还有我们最关心的无源传感。

而本发明则直接将制备简单、价格低廉、结构特殊的球形嵌套摩擦纳米发电机应用于自供电设备，它可将水中波动能量转化为电能，有利于水面上或船只内的便携式应用。

发明内容

本发明的目的在于制备一种可以将水中波动转化为电能的自供电设备，将其应用于传感部件的供电，实现无源的可以实时定性检测气体的传感器。该方法通过显示部件提供了可视化信号，且无需外接电源，对长时间监测室内外气体环境有极为重要的意义。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种转化水中波动能量的摩擦发电设备，其特征在于：其为一个或多个并联的可漂浮于水面上的摩擦纳米发电体，包括中空的绝缘外壳、两个电极层、外表面带有吸附电子层的块体；于外壳的内壁面上设有两个相互间隔的电极层，于两个电极层上分别固定有用于与外壳外部的用电元件相连的导线；外表面带有吸附电子层的块体置于外壳的内部。

所述外表面带有吸附电子层的块体的体积为绝缘外壳内部空腔体积的0.01-0.6；外表面带有吸附电子层的块体可绝缘外壳内部空腔中滚动。

所述中空的绝缘外壳为一绝缘的球形外壳，球形外壳材质为：聚丙烯酸(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、尼龙(PA)等常见可塑性好的聚合物中的一种或二种以上，半径3-50cm，厚度0.2-2mm。

所述外表面带有吸附电子层的块体为球形体，半径为外壳半径尺寸的0.1-0.6。

所述设备，其特征在于：吸附电子层材质为聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等摩擦电材料中的一种或两种以上。电极层为金、银、铜、铝等可导电且可与吸附电子层产生摩擦起电效应的材料，两个电极层之间的间距为0.2mm-3cm。

可将1-1000个摩擦纳米发电体并联，提高发电功率。

所述用电元件为显示装置、传感器、LED灯中的一种或二种以上。

所述的摩擦纳米发电体在水面波浪带动下发生平移和转动，内部外表面带有吸附电子层的块体会随之在壳内发生移动，进而产生摩擦电流。

本发明具有如下优点:

1.本发明自供电设备无需外接电源，可以实现长时间无外加电源的气体检测与预警，对于本技术领域具有重要的实践和研究价值。