一種包含周期性彎曲結(jié)構(gòu)的電信號(hào)輸出裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種基于摩擦發(fā)電的電信號(hào)輸出裝置，尤其是一種包含周期性彎曲結(jié)構(gòu)的電信號(hào)輸出裝置，以及該裝置在液體機(jī)械能收集和水文分析中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]摩擦起電現(xiàn)象雖然早就為人熟知，但是利用該效應(yīng)成功進(jìn)行發(fā)電則是在2012年摩擦納米發(fā)電機(jī)被成功研發(fā)才開(kāi)始的。這種發(fā)電機(jī)具有體積小、重量輕、成本低、易于制備、能量轉(zhuǎn)化效率高、輸出功率密度高等諸多優(yōu)勢(shì)，具有很廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]海水中蘊(yùn)藏著巨大的能量，主要通過(guò)潮汐能和海浪能來(lái)體現(xiàn)。但是到目前為止，這些能量幾乎完全沒(méi)有被利用。原因是潮汐能和海浪能的頻率很低，目前常用的電磁發(fā)電機(jī)無(wú)法有效對(duì)這樣的低頻機(jī)械能進(jìn)行收集。同時(shí)，海水由于沒(méi)有河道的限制，能量分布比較分散，需要大范圍的鋪設(shè)發(fā)電機(jī)，成本相當(dāng)高。而且，海水的腐蝕對(duì)于構(gòu)造精密的電磁發(fā)電系統(tǒng)造成了嚴(yán)重的威脅。因此，為了有效收集海水的能量，亟需開(kāi)發(fā)一種全新的技術(shù)以取代目前使用電磁發(fā)電機(jī)的方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是利用摩擦納米發(fā)電機(jī)的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)并制備出一種能夠適用于大規(guī)模、低頻能量，特別是海水能量收集的電信號(hào)輸出裝置，以及該裝置的應(yīng)用方法。為此，本發(fā)明首先提供一種電信號(hào)輸出裝置，包括平板結(jié)構(gòu)的第一部件和具有周期性彎曲結(jié)構(gòu)并且能發(fā)生彈性形變的第二部件，其中所述第一部件包括第一電極層和貼合于所述第一電極層下表面的第一摩擦層，所述第二部件包括第二電極層，所述第一摩擦層的部分下表面和第二部件的部分上表面在沒(méi)有外力的作用下呈周期性互相接觸狀態(tài)，并且在外力的作用下能夠發(fā)生接觸面積變化的表面摩擦，同時(shí)通過(guò)所述第一電極層和第二電極層向外電路輸出電信號(hào)；
[0005]優(yōu)選地，所述周期性彎曲結(jié)構(gòu)為波浪結(jié)構(gòu)；
[0006]優(yōu)選地，所述第二部件的上表面由所述第二電極層的上表面構(gòu)成；
[0007]優(yōu)選地，所述第二部件還包含第二支撐層，所述第二支撐層的上表面完全貼合于所述第二電極層的下表面；
[0008]優(yōu)選地，制備所述第二支撐層的材料具有彈性形變的特性；
[0009]優(yōu)選地，制備所述第二支撐層的材料選自聚酰亞胺或聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯:
[0010]優(yōu)選地，所述第二支撐層的厚度為50μηι-200μηι;
[0011]優(yōu)選地，還包括置于所述第二部件下方的第三部件，所述第三部件包括第三電極層和貼合于所述第三電極層上表面的第三摩擦層，所述第二部件還包含第四電極層，所述第二支撐層的下表面完全貼合于所述第四電極層的上表面，所述第四電極層的下表面和第三摩擦層的上表面在外力作用下能夠發(fā)生接觸面積變化的表面摩擦，并且通過(guò)所述第四電極層和第三電極層向外電路輸出電信號(hào)；
[0012]優(yōu)選地，還包括置于所述第二部件下方的第三部件，所述第三部件包括第三電極層和貼合于所述第三電極層上表面的第三摩擦層，所述第二部件的下表面由所述第二電極層的下表面構(gòu)成，并且在第二部件的下表面與第三部件的上表面發(fā)生接觸面積變化的表面摩擦過(guò)程中，能夠通過(guò)所述第二電極層和第三電極層向外電路輸出電信號(hào)；
[0013]優(yōu)選地，所述第一摩擦層相對(duì)于第二電極層，與所述第三摩擦層相對(duì)于所述第二電極層，具有相同的摩擦電極序趨勢(shì)；
[0014]優(yōu)選地，所述第一部件與第三部件之間的間距即為所述第二部件的厚度；
[0015]優(yōu)選地，通過(guò)固定件連接使所述第一部件與第三部件之間的位置相對(duì)固定；
[0016]優(yōu)選地，所述固定件為絕緣膠帶，并且在所述第一部件和第三部件的邊緣之間進(jìn)行粘結(jié)；
[0017]優(yōu)選地，所述第一摩擦層和/或第三摩擦層為絕緣材料；
[0018]優(yōu)選地，所述第一摩擦層和/或第三摩擦層選自聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、苯胺甲醛樹(shù)脂、聚甲醛、乙基纖維素、聚酰胺、三聚氰胺甲醛、聚乙二醇丁二酸酯、纖維素、纖維素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯、再生纖維素海綿、聚氨酯彈性體、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、聚酰胺尼龍11、聚酰胺尼龍66、羊毛及其織物、蠶絲及其織物、紙、人造纖維、棉及其織物、木頭、硬橡膠、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚異丁烯、聚氨酯彈性體、聚氨酯柔性海綿、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇縮丁醛、酚醛樹(shù)脂、氯丁橡膠、丁二烯丙烯共聚物、天然橡膠、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-Co-丙烯腈)、聚乙烯丙二酚碳酸鹽，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、醋酸酯、聚雙苯酹碳酸酯、聚氯醚、聚三氟氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和派瑞林，包括派瑞林C、派瑞林N、派瑞林D、派瑞林HT或派瑞林AF4 ；
[0019]優(yōu)選地，所述第一摩擦層下表面的局部或全部和/或所述第三摩擦層上表面的局部或全部設(shè)有微納結(jié)構(gòu)；
[0020]優(yōu)選地,所述微納結(jié)構(gòu)選自自納米線，納米棒，納米管，納米錐，納米顆粒，納米溝槽，微米線，微米棒，微米管，微米錐，微米顆粒，微米溝槽，以及由上述結(jié)構(gòu)組成的陣列；
[0021]優(yōu)選地，還包括第一支撐層和/或第三支撐層，所述第一支撐層固定在所述第一電極層的上表面，所述第三支撐層固定在所述第三電極層的下表面；
[0022]優(yōu)選地，所述第一電極層和第一支撐層之間，和/或，所述第三電極層和第三支撐層之間還設(shè)有輔助層；
[0023]優(yōu)選地，所述輔助層為聚二甲基硅氧烷；
[0024]優(yōu)選地，還包括封裝結(jié)構(gòu)，所述封裝結(jié)構(gòu)置于整個(gè)電信號(hào)輸出裝置的最外側(cè)，用于密封。
[0025]本發(fā)明還提供一種液體動(dòng)能的收集方法，包括將前述電信號(hào)輸出裝置密封后固定在有液體流動(dòng)經(jīng)過(guò)的地方，并通過(guò)電信號(hào)輸出端來(lái)收集電能。
[0026]本發(fā)明還提供一種水文分析方法，包括將前述電信號(hào)輸出裝置密封后固定在有液體流動(dòng)經(jīng)過(guò)的地方，并對(duì)電信號(hào)輸出端輸出的電信號(hào)進(jìn)行采集和分析。
[0027]本發(fā)明所提供的電信號(hào)輸出裝置的優(yōu)勢(shì)在于:第一，使用了平板和周期性彎曲結(jié)構(gòu)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，并且具有周期性彎曲結(jié)構(gòu)的第二部件能夠發(fā)生彈性形變，其作用類似于彈簧，使得裝置在受到?jīng)_擊后能夠發(fā)生彈性形變，并且在沖擊撤銷后可以恢復(fù)到原本的形狀，由此將垂直于裝置平面的力和位移轉(zhuǎn)化為能夠高效起電的平行于器件平面的滑動(dòng)摩擦。第二，周期性彎曲結(jié)構(gòu)的力學(xué)性質(zhì)決定它的彈簧系數(shù)有非線性成分，這使得此電信號(hào)輸出裝置可以收集頻率范圍很寬的機(jī)械能。第三，本電信號(hào)輸出裝置具有重量小，靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)，使它可以同時(shí)收集大規(guī)模和小規(guī)模的機(jī)械能。第四，在將裝置密封后，它能夠有效的收集水波的能量。第五，該電信號(hào)輸出裝置能夠區(qū)分不同的水波觸發(fā)模式，展現(xiàn)了其在水文分析領(lǐng)域的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0028]通過(guò)附圖所示，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按照實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于顯示出本發(fā)明的主旨。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但參數(shù)無(wú)需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。此外，以下實(shí)施例中提到的方向用語(yǔ)，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語(yǔ)是用來(lái)說(shuō)明并非用來(lái)限制本發(fā)明。
[0029]圖1是本發(fā)明電信號(hào)輸出裝置的一種典型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2是本發(fā)明電信號(hào)輸出裝置的工作原理圖；
[0031]圖3是本發(fā)明電信號(hào)輸出裝置的另一種典型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖4是本發(fā)明電信號(hào)輸出裝置的另一種典型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖5是本發(fā)明電信號(hào)輸出裝置的另一種典型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖6是實(shí)施例1所示電信號(hào)輸出裝置的制備過(guò)程示意圖；
[0035]圖7是實(shí)施例1所示電信號(hào)輸出裝置的電