CN107786119A - 一种基于逆向电润湿技术的振动式能量转换装置 - Google Patents

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田雨农
林同福
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    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
    • H02N1/06—Influence generators
    • H02N1/08—Influence generators with conductive charge carrier, i.e. capacitor machines

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Abstract

本发明公开了一种基于逆向电润湿技术的振动式能量转换装置，包括相互平行设置的上基板和下基板，上基板在外力作用下相对于固定的下基板做上下往复的振动，所述上基板下表面依次设有第一电极层、第一介电层和低表面能材料层，下基板上表面依次设有第二电极层和第二介电层，所述第二介电层上固定有导电液滴阵列，第一电极层和第二电极层的一端分别连接偏置电压源、另一端连接输出端。本发明的有益效果是：通过基板的上下往复运动，改变导电液滴与基板间的接触面积的大小，引起电容容量大小的变化导致电容对外放电，实现机械能到电能的转化，提高机械能转化成电能的效率并达到可实际应用的水平。

Description

一种基于逆向电润湿技术的振动式能量转换装置
技术领域
本发明涉及一种能量转换装置，属于能量采集技术领域。
背景技术
近几十年来，随着世界经济的快速发展，地球上的化石燃料消耗速度飞快，照此速度，化石燃料将在未来的几十年里消耗殆尽。人们已经意识到这一点，并一直努力寻找化石燃料的替代品以防范未来可能出现的能源危机。风能、太阳能、潮汐能、地热能等绿色能源的开发都已经有成熟的技术并被应用于商业化运作。其实在我们生活的环境里，除了上述的这些可再生能源，还存在许多司空见惯却难以利用的机械能，如噪音、人的行走过程以及机器工作过程中所产生的振动等，这类振动能量巨大且分布广泛，目前还缺乏有效的技术手段来采集和利用它们。而现有的一些技术如电磁发电、压电发电、摩擦发电等都被应用于采集这些机械能，但由于受到各种技术及客观原因的制约，目前尚未形成有效的应用，主要的技术瓶颈还在于能量的转化率过低、输出功率太小而缺乏实际应用价值。
发明内容
为解决现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种能够将振动的机械能转化为电能的基于逆向电润湿技术的振动式能量转换装置。
本发明的技术方案是：一种基于逆向电润湿技术的振动式能量转换装置，包括相互平行设置的上基板和下基板，上基板在外力作用下相对于固定的下基板做上下往复的振动，所述上基板下表面依次设有第一电极层、第一介电层和低表面能材料层，下基板上表面依次设有第二电极层和第二介电层，所述第二介电层上固定有导电液滴阵列，第一电极层和第二电极层的一端分别连接偏置电压源、另一端连接输出端。
所述第一电极层、第二电极层为金属电极层。上基板的第一电极层与下基板的第二电极层形成电容，当上基板上下反复运动，改变导电液滴与基板间的接触面积的大小，引起电容容量大小的变化导致电容对外放电。
所述第一电极层、第二电极层通过溅射方式分别置于上基板的下表面和下基板的上表面。
所述第一电极层、第二电极层材质为导电的金属单质、固态合金或化合物任一种。
所述第一电极层、第二电极层材质包括金、铂、银、铜、锡、锌、铝任一种。
所述第一电极层、第二电极层材质包括镁铝合金、黄铜、青铜、不锈钢、钛合金任一种。
所述第一电极层、第二电极层材质包括固态的导电氧化物、石墨、导电无机物或导电有机物任一种。
组成所述导电液滴阵列的导电液滴材质为液态金属或合金、无机盐溶液、有机盐溶液、无机酸溶液、有机酸溶液、碱溶液、离子液体任一种。
所述上基板和下基板材质包括PP、PE、PC、PMMA、PTFE、PVDF、PVC、PS、PF、PPS、POM、ABS或无机非金属材料中的任一种。
所述上基板和下基板厚度100μm-2000μm，间隔为100μm-2000μm，导电液滴阵列的导电液滴大小为1μm-2000μm。
本发明的有益效果是：本发明是基于逆向电润湿的一种能量收集装置，能将生活中的一些难以利用的振动所产生的机械能转化成电能。相对于其他的能量收集技术，如电磁发电、压电发电、摩擦发电技术等，它很大程度地提高了机械能转化成电能的效率并达到可实际应用的水平。本发明中所提出的技术方案，设置两平行的基板结构，通过基板的上下往复运动，改变导电液滴与基板间的接触面积的大小，引起电容容量大小的变化导致电容对外放电，实现机械能到电能的转化。在实际应用中可以通过改变基板面积的大小、导电液滴阵列的数量及密度、设置基板阵列或连接方式都可以调节该装置的输出功率，以适应不同的用途。
附图说明
本发明共有附图2幅。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的侧视图。
图中附图标记如下：1、上基板，2、下基板，3、第一电极层，4、第一介电层，5、低表面能材料层，6、导电液滴阵列，7、第二介电层，8、第二电极层，9、偏置电压源，10、输出端。
具体实施方式
下面结合附图1-2对本发明做进一步说明：
一种基于逆向电润湿技术的振动式能量转换装置，包括相互平行设置的上基板1和下基板2，上基板1在外力作用下相对于固定的下基板2做上下往复的振动，所述上基板1下表面依次设有第一电极层3、第一介电层4和低表面能材料层5，下基板2上表面依次设有第二电极层8和第二介电层7，所述第二介电层7上固定有导电液滴阵列6，第一电极层3和第二电极层8的一端分别连接偏置电压源9、另一端连接输出端10。
所述第一电极层3、第二电极层8为金属电极层。上基板1的第一电极层3与下基板2的第二电极层8形成电容，当上基板1上下反复运动，改变导电液滴与基板间的接触面积的大小，引起电容容量大小的变化导致电容对外放电。
所述第一电极层3、第二电极层8通过溅射方式分别置于上基板1的下表面和下基板2的上表面。
所述第一电极层3、第二电极层8材质为导电的金属单质、固态合金或化合物任一种。
所述第一电极层3、第二电极层8材质包括金、铂、银、铜、锡、锌、铝任一种。
所述第一电极层3、第二电极层8材质包括镁铝合金、黄铜、青铜、不锈钢、钛合金任一种。
所述第一电极层3、第二电极层8材质包括固态的导电氧化物、石墨、导电无机物或导电有机物任一种。
组成所述导电液滴阵列6的导电液滴材质为液态金属或合金、无机盐溶液、有机盐溶液、无机酸溶液、有机酸溶液、碱溶液、离子液体任一种。其中：
液态金属或合金，如：汞、铟、镓、镓铟合金、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金、汞铊合金及其他所有在常温下呈液态的合金。
无机盐溶液，如:硝酸钠、氯化钠、氯化铜、氯化锌以及钾盐、钠盐、硝酸盐、铵盐等及其他所有可溶性无机盐。
有机盐溶液，如:醋酸钠、柠檬酸钾等以及钠、钾、铵的所有有机酸盐、及其他所有可溶性有机盐。
无机酸溶液，如：硫酸、硝酸、盐酸、磷酸等及其他所有无机酸。
有机酸溶液，如：乙酸、草酸、柠檬酸、丙烯酸等及其他所有有机酸。
碱溶液，如：氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化钡等及其他所有碱。
离子液体，如：1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐等其他所有离子液体。
所述上基板1和下基板2材质包括PP、PE、PC、PMMA、PTFE、PVDF、PVC、PS、PF、PPS、POM、ABS或无机非金属材料中的任一种。
所述上基板1和下基板2厚度100μm-2000μm，间隔为100μm-2000μm，导电液滴阵列6的导电液滴大小为1μm-2000μm。
本发明所述的能量转换装置能将周围环境中常见的振动机械能转化成电能，很大程度地提高了机械能转化成电能的效率并达到了可实际应用的水平。利用该技术能将环境中大量存在的各种机械能有效地转化成电能，为便携式电子产品或微电子产品供电。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于逆向电润湿技术的振动式能量转换装置，其特征在于，包括相互平行设置的上基板(1)和下基板(2)，上基板(1)在外力作用下相对于固定的下基板(2)做上下往复的振动，所述上基板(1)下表面依次设有第一电极层(3)、第一介电层(4)和低表面能材料层(5)，下基板(2)上表面依次设有第二电极层(8)和第二介电层(7)，所述第二介电层(7)上固定有导电液滴阵列(6)，第一电极层(3)和第二电极层(8)的一端分别连接偏置电压源(9)、另一端连接输出端(10)。
2.根据权利要求1所述的一种基于逆向电润湿技术的振动式能量转换装置，其特征在于，所述第一电极层(3)、第二电极层(8)为金属电极层。
3.根据权利要求1所述的一种基于逆向电润湿技术的振动式能量转换装置，其特征在于，所述第一电极层(3)、第二电极层(8)通过溅射方式分别置于上基板(1)的下表面和下基板(2)的上表面。
4.根据权利要求1所述的一种基于逆向电润湿技术的振动式能量转换装置，其特征在于，所述第一电极层(3)、第二电极层(8)材质为导电的金属单质、固态合金或化合物任一种。
5.根据权利要求4所述的一种基于逆向电润湿技术的振动式能量转换装置，其特征在于，所述第一电极层(3)、第二电极层(8)材质包括金、铂、银、铜、锡、锌、铝任一种。
6.根据权利要求4所述的一种基于逆向电润湿技术的振动式能量转换装置，其特征在于，所述第一电极层(3)、第二电极层(8)材质包括镁铝合金、黄铜、青铜、不锈钢、钛合金任一种。
7.根据权利要求4所述的一种基于逆向电润湿技术的振动式能量转换装置，其特征在于，所述第一电极层(3)、第二电极层(8)材质包括固态的导电氧化物、石墨、导电无机物或导电有机物任一种。
8.根据权利要求1所述的一种基于逆向电润湿技术的振动式能量转换装置，其特征在于，组成所述导电液滴阵列(6)的导电液滴材质为液态金属或合金、无机盐溶液、有机盐溶液、无机酸溶液、有机酸溶液、碱溶液、离子液体任一种。
9.根据权利要求1所述的一种基于逆向电润湿技术的振动式能量转换装置，其特征在于，所述上基板(1)和下基板(2)材质包括PP、PE、PC、PMMA、PTFE、PVDF、PVC、PS、PF、PPS、POM、ABS或无机非金属材料中的任一种。
10.根据权利要求1所述的一种基于逆向电润湿技术的振动式能量转换装置，其特征在于，所述上基板(1)和下基板(2)厚度100μm-2000μm，间隔为100μm-2000μm，导电液滴阵列(6)的导电液滴大小为1μm-2000μm。
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