CN113271033A - 一种新型的摩擦纳米发电机滤波装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及发电机技术领域，具体地说，是一种新型的摩擦纳米发电机滤波装置，包括摩擦纳米发电机，摩擦纳米发电机向外引出导线连接有两个电阻和两个无铅反铁电陶瓷电容，两个电阻与摩擦纳米发电机串联，两个无铅反铁电陶瓷电容与摩擦纳米发电机并联；其中，无铅反铁电陶瓷电容包括圆饼形陶瓷电容，圆饼形陶瓷电容的上下两面烧结有银电极层，本发明结构简单，方便安装设置，价格低廉，可以实现对摩擦纳米发电机的高通滤波和低通滤波，且采用了无铅反铁电陶瓷电容减少了铅对环境的污染。
Description
技术领域
本发明涉及发电机技术领域，具体地说，是一种新型的摩擦纳米发电机滤波装置。
背景技术
摩擦纳米发电机作为一种能量产生单元，在其内部的电路中，由于摩擦起电效应，两个摩擦电极性不同的摩擦材料薄层之间会发生电荷转移而使得二者之间形成一个电势差；在外部电路中，电子在电势差的驱动下在两个分别粘贴在摩擦电材料层背面的电极之间或者电极与地之间流动，从而来平衡这个电势差。摩擦纳米发电机的动力源既可以是已被人们认识的风力、水力、海浪等大能源，也可以是人的行走、身体的晃动、手的触摸、下落的雨滴等从没被人们注意过的环境随机能源，还可以是车轮的转动、机器的轰鸣等。
摩擦纳米发电机（TENG）是由两个现象完成的，接触起电(contactelectrification)和静电感应(electrostatic induction) ，此二者缺一不可。所谓接触起电，就是说任意两种不同的材料，只要接触了，由于原子间距靠近，有些核外电子轨道被共用，而使得电子在两个原子间发生转移的现象，而在接触起电发生后，将两种接触的介电材料分开，由于其是介电材料，不导电，所以之前获得或失去电子的状态得以保留，故此时两种介电材料一个带负电一个带正电，将其分别通过外电阻连接到一起，当分开或靠拢这两个介电材料做成的板的时候，其之间的电容发生变化，可以束缚的电荷量也会变化(此处实质上就是静电感应现象)。因此在摩擦纳米发电机工作的过程中，电荷是在外电路来回转移的，所以其发的电一定是交流电。而两介电材料板的分开，合拢，分开的过程必须持续下去，才能源源不断的发电。
摩擦纳米发电机作为一种自供能的传感设备，它在正常工作的时候，可以周期性的产生正弦波，但是在有其他干扰的情况下，会产生杂波信号，或者是在某些使用场景下需要高频率（低频率）的信号，一般是采用普通电容或者是商用的滤波器来进行滤波。现有的摩擦纳米发电机所用的滤波装置大部分采用商用滤波器，不仅价格昂贵，而且参数无法及时更改，另一部分采用自己手动搭建滤波装置，由于所用的电容是有铅的，会对环境造成污染。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明披露了一种新型的摩擦纳米发电机滤波装置，具体技术方案如下：
一种新型的摩擦纳米发电机滤波装置，包括摩擦纳米发电机，摩擦纳米发电机向外引出导线连接有两个电阻和两个无铅反铁电陶瓷电容，两个电阻与摩擦纳米发电机串联，两个无铅反铁电陶瓷电容与摩擦纳米发电机并联。
本发明的进一步改进，无铅反铁电陶瓷电容包括圆饼形陶瓷电容，圆饼形陶瓷电容的上下两面烧结有银电极层。
本发明的进一步改进，圆饼形陶瓷电容的直径为10mm、厚度在0.1-0.7mm之间，圆饼形陶瓷电容的上表面银电极层的直径为4mm，圆饼形陶瓷电容的下表面银电极层的直径为6mm。
圆饼形陶瓷电容的制作方法如下：
步骤一、以纯度为99.99%的Na2CO3、纯度为99.99%的Nb2O3、纯度为99.95%的SrCO3、纯度为99.9%的Bi2O3和纯度为99.99%的TiO2为原料，采用常规固相反应法合成了0.7NN-0.3SBT；
步骤二、再将按照化学式称量过后的原料放入行星球磨罐中，用纯度为99.7%的乙醇溶液进行混合后，用氧化锆球作为混合介质以300转/分钟的转速球磨24小时；
步骤三、球磨完成后，将球磨罐放入干燥箱在80℃下干燥10小时；
步骤四、干燥过后，将粉末在900℃下预烧5个小时，然后将预烧过后的粉末放入球磨罐在相同条件下二次球磨24小时，再干燥；
步骤五、将干燥后的粉末与粘结剂PVA（5wt%）进行混合研磨，之后将研磨后的粉末在100MPa压力下压制成直径10毫米的圆盘样品，压制完成后以3度/分钟的速度升至600℃并保温2小时以除去粘合剂，之后升至1140℃并烧结2小时，最终形成圆饼形陶瓷电容。
在本发明中，摩擦纳米发电机的结构如下：
上下的底板用的是亚克力的材质，中间的摩擦层用的材料分别是金属铝薄膜和PTFE薄膜（聚四氟乙烯高分子化学材料），通过按压亚克力板，使得这两种薄膜不停的接触分离，外部即可产生电信号。这两种材料可以被任意的两种相反极性的材料代替，只要在接触摩擦时，一边失去电子，一边得到电子即可。
在上述技术方案中，摩擦纳米发电机就是一个信号发生器，利用无铅反铁电陶瓷电容和电阻搭建成了滤波电路，将信号接在电容两端可以实现低通滤波，接在电阻两端可以实现高通滤波。
本发明的有益效果：本发明结构简单，方便安装设置，价格低廉，可以实现对摩擦纳米发电机的高通滤波和低通滤波，且采用了无铅反铁电陶瓷电容减少了铅对环境的污染。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中无铅反铁电陶瓷电容的结构示意图。
图3是本发明的高通滤波效果图。
图4是本发明的低通滤波效果图。
图5是本发明中摩擦纳米发电机的机构示意图。
图中，1-摩擦纳米发电机，2-电阻，3-无铅反铁电陶瓷电容，4-陶瓷电容，5-银电极层，6-亚克力板，7-金属铝薄膜，8-PTFE薄膜，9-弹簧。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
实施例：如图1和图2所示，一种新型的摩擦纳米发电机滤波装置，包括摩擦纳米发电机1，摩擦纳米发电机1向外引出导线连接有两个电阻2和两个无铅反铁电陶瓷电容3，两个电阻2与摩擦纳米发电机1串联，两个无铅反铁电陶瓷电容3与摩擦纳米发电机1并联；其中，无铅反铁电陶瓷电容3包括圆饼形陶瓷电容4，圆饼形陶瓷电容4的上下两面烧结有银电极层5。
本实施例将信号接在电容两端可以实现低通滤波，接在电阻两端可以实现高通滤波，因此，就可以十分方便的更换连线，即可实现低通滤波和高通滤波。
使用本实施，可以实现对摩擦纳米发电机的高通滤波和低通滤波，效果图如图3和图4所示，其中，所取的截止频率为15hz左右。
图3中，将摩擦纳米发电机的按压频率由17.3 HZ下降到10.3 HZ，可以发现频率降低了之后，正弦波的电压数值反而上升了，说明这是摩擦纳米发电机低通滤波的效果。反之，如图4所示，将摩擦纳米发电机的按压频率由17.3 HZ下降到13.3 HZ，正弦波的电压数值也降低了，说明这是摩擦纳米发电机高通滤波的效果。
如图5所示，在本实施例中，摩擦纳米发电机的结构如下：
上下的底板用的是亚克力板6，两层亚克力板6之间通过弹簧9连接，中间的摩擦层用的材料分别是金属铝薄膜7和PTFE薄膜8（聚四氟乙烯高分子化学材料），通过按压亚克力板6，使得这两种薄膜不停的接触分离，外部即可产生电信号。这两种材料可以被任意的两种相反极性的材料代替，只要在接触摩擦时，一边失去电子，一边得到电子即可。
在本发明中，电阻的规格具体参数要根据需要过滤多少赫兹的波来决定阻值，在本实施例中，如图1所示，使用的电阻参数是：左边为48兆欧，右边是20兆欧。因为摩擦纳米发电机的内阻基本都在兆欧级别，所以选用的过滤电阻也是在这个级别。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种新型的摩擦纳米发电机滤波装置，包括摩擦纳米发电机，其特征在于，所述摩擦纳米发电机向外引出导线连接有两个电阻和两个无铅反铁电陶瓷电容，两个所述电阻与所述摩擦纳米发电机串联，两个所述无铅反铁电陶瓷电容与所述摩擦纳米发电机并联。
2.根据权利要求1所述的新型的摩擦纳米发电机滤波装置，其特征在于，所述无铅反铁电陶瓷电容包括圆饼形陶瓷电容，所述圆饼形陶瓷电容的上下两表面烧结有银电极层。
3.根据权利要求2所述的新型的摩擦纳米发电机滤波装置，其特征在于，所述圆饼形陶瓷电容的直径为10mm、厚度在0.1-0.7mm之间，所述圆饼形陶瓷电容的上表面银电极层的直径为4mm，所述圆饼形陶瓷电容的下表面银电极层的直径为6mm。
4.根据权利要求3所述的新型的摩擦纳米发电机滤波装置，其特征在于，所述圆饼形陶瓷电容的制作方法如下：
步骤一、以纯度为99.99%的Na2CO3、纯度为99.99%的Nb2O3、纯度为99.95%的SrCO3、纯度为99.9%的Bi2O3和纯度为99.99%的TiO2为原料，采用常规固相反应法合成了0.7NN-0.3SBT；
步骤二、再将按照化学式称量过后的原料放入行星球磨罐中，用纯度为99.7%的乙醇溶液进行混合后，用氧化锆球作为混合介质以300转/分钟的转速球磨24小时；
步骤三、球磨完成后，将球磨罐放入干燥箱在80℃下干燥10小时；
步骤四、干燥过后，将粉末在900℃下预烧5个小时，然后将预烧过后的粉末放入球磨罐在相同条件下二次球磨24小时，再干燥；
步骤五、将干燥后的粉末与粘结剂PVA（5wt%）进行混合研磨，之后将研磨后的粉末在100MPa压力下压制成直径10毫米的圆盘样品，压制完成后以3度/分钟的速度升至600℃并保温2小时以除去粘合剂，之后升至1140℃并烧结2小时，最终形成圆饼形陶瓷电容。
5.根据权利要求1-4任一项所述的新型的摩擦纳米发电机滤波装置，其特征在于，所述摩擦纳米发电机包括上下两层的亚克力板，上下两层的亚克力板通过弹簧连接，所述上下两层的亚克力板中间设置有两种相反极性的材料制成的中间摩擦层。
6.根据权利要求5所述的新型的摩擦纳米发电机滤波装置，其特征在于，所述中间摩擦层采用金属铝薄膜和PTFE薄膜制成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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