CN103780138A - 一种密闭环境中液体振动能采集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种密闭环境中液体振动能采集装置，包括原有密封环境1、密封环境内壁2、密封环境内液体3和外加电极4，通过在原有密封环境外部选择性地制备外加电极，即可将液体的振动能转换为电能加以利用，是一种制备简单、适用范围广、生产成本低的能量采集装置。
Description
技术领域
本发明涉及微能源领域，具体涉及一种密闭环境中液体振动能采集装置。
背景技术
随着科学技术的不断发展，世界对能源的需求也越来越迫切。为了缓解世界性能源危机，能量采集装置受到了广泛的关注。能量采集装置可以将环境中存在的其它形式的能量转化成电能加以利用。例如，太阳能电池将环境中存在的太阳能转化为电能，从而为各种电子器件供能。相比太阳能，振动能在环境中存在更加广泛且不受时间限制。2012年，基于摩擦起电原理的纳米发电机制备成功并实现了机械能到电能的转化。
基于摩擦起电原理的纳米发电机输出电压高，但是环境中的水分对其输出性能影响较大。通过有效的封装可以使摩擦纳米发电机在液体环境中工作，但是封装过程增加了加工的复杂程度，且液体的渗入仍然会影响其输出性能。直接以水为摩擦表面，可以简化封装过程，但是整个系统非密闭环境，在一些应用场合不能适用。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种密闭环境中液体振动能采集装置，通过在原有密封环境外部选择性地制备外加电极，即可将液体的振动能转换为电能加以利用。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种密闭环境中液体振动能采集装置，包括原有密封环境1、密封环境内壁2、密封环境内液体3和外加电极4，其中，密封环境内壁2位于原有密封环境1的内表面，密封环境内液体3位于密封环境内壁2内，外加电极4分布在原有密封环境1的外表面。
所述原有密封环境1为日常生活中的水杯、水壶、输液管道或活塞驱动装置。
所述密封环境内壁2的材料为绝缘材料，包括塑料、玻璃或橡胶。
所述密封环境内液体3为任意液体。
所述外加电极4为电阻率小于等于1mΩ·cm的金属、电阻率小于等于1mΩ·cm的合金或电阻率小于等于1mΩ·cm的金属氧化物。
本发明的工作原理为：当密封环境内液体3受到外界振动时，与密封环境内壁2周期性接触、分离，根据接触起电原理，会使密封环境内壁2带有净电荷。由于密封环境内液体3的运动，其与外加电极4之间的间距、重叠面积会发生变化，以及由于液体形状的变化，使外加电极4之间的等效介电常数发生变化。上述变化会使外加电极4中的感应电荷重新分布，从而产生电输出。输出电压取决于器件的具体材料、实际尺寸以及外加电极分布，范围在几伏至几千伏。
有益效果：
1、本发明提出的密闭环境中液体振动能采集装置通过在原有密封环境的基础上制备电极，即可应用于任意绝缘材料构成的密封环境中，制备简单、适用范围广、生产成本低。
2、结合液体自身的物理性质，本发明提出的密闭环境中液体振动能采集装置具有低谐振频率、宽工作频带的特点，可以有效采集环境中的振动能。
3、本发明提出的密闭环境中液体振动能采集装置将变间距、变面积、变介电常数三种静电感应原理相结合，转化效率高。
附图说明
图1为本发明的密闭环境中液体振动能采集装置立体示意图；
图2为本发明的密闭环境中液体振动能采集装置侧面剖视图；
图3为本发明的密闭环境中液体振动能采集装置前视剖视图；
图4a、4b、4c为本发明的密闭环境中液体振动能采集装置工作原理图；
图5为本发明的密闭环境中液体振动能采集装置在外加振动时的输出电压曲线，密封环境内壁为塑料，密封环境内液体为饮用水；
图6为本发明的密闭环境中液体振动能采集装置在外加振动时的输出电压曲线，密封环境内壁为塑料，密封环境内液体为氯化钠溶液。
图中，1为原有密封环境；2为密封环境内壁；3为密封环境内液体；4为外加电极。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图1至3所示，一种密闭环境中液体振动能采集装置，包括原有密封环境1、密封环境内壁2、密封环境内液体3、外加电极4，其中，密封环境内壁2位于原有密封环境1的内表面，密封环境内液体3位于密封环境内壁2内，外加电极4分布在原有密封环境1的外表面。
其中原有密封环境1为日常生活中常用的水壶。
密封环境内壁2材料为塑料。
密封环境内液体3为日常饮用水。
外加电极4为金属铝，外加电极4分布在原有密封环境1的外表面。根据具体应用环境优化外加电极4的尺寸与分布，可以进一步提高输出性能。
如图4所示，当密封环境内液体3受到外界振动时，与密封环境内壁2周期性接触、分离，会使密封环境内壁2带有净电荷。由于密封环境内液体3的运动，其与外加电极4之间的间距（图4（a））、重叠面积（图4(b)）会发生变化；此外，由于液体形状的变化，使外加电极4之间的等效介电常数发生变化（图4(c)），从而产生电输出。
如图5所示，当晃动密封环境1时，在外加电极4之间会产生交流电压输出，峰峰值约为53.5伏。
实施例2
原有密封环境1为实验中常用的试剂瓶。
密封环境内壁2材料为塑料。
密封环境内液体3为氯化钠溶液。
外加电极4为金属铜，外加电极4分布在原有密封环境1的外表面。
如图6所示，当晃动密封环境1时，在外加电极4之间会产生交流电压输出，峰峰值约为35.8伏。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请型的保护范围之中。
Claims (4)
1.一种密闭环境中液体振动能采集装置，其特征在于：包括原有密封环境（1）、密封环境内壁（2）、密封环境内液体（3）和外加电极（4），其中，密封环境内壁（2）位于原有密封环境（1）的内表面，密封环境内液体（3）位于密封环境内壁（2）内，外加电极（4）分布在原有密封环境（1）的外表面。
2.根据权利要求1所述的密闭环境中液体振动能采集装置，其特征在于：所述原有密封环境（1）选自日常生活中的水杯、水壶、输液管道或活塞驱动装置。
3.根据权利要求1所述的密闭环境中液体振动能采集装置，其特征在于：所述密封环境内壁（2）的材料为绝缘材料，包括塑料、玻璃或橡胶。
4.根据权利要求1所述的密闭环境中液体振动能采集装置，其特征在于：所述外加电极（4）为电阻率小于等于1mΩ·cm的金属、电阻率小于等于1mΩ·cm合金或电阻率小于等于1mΩ·cm金属氧化物。
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