CN115102423B - 一种水流能纳米发电装置、自驱动式传感器及收集系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水流能纳米发电装置、自驱动式传感器及收集系统。该发电装置包括：封装组件、至少两组摩擦纳米发电单元、阻流单元一以及气体包。封装组件包括封装层一和封装层二。封装层一与封装层二之间设置有密封的腔体，且二者均为柔性可回弹式结构。两组摩擦纳米发电单元设置在腔体内，并沿腔体的延伸方向间隔设置。阻流单元一的数量与摩擦纳米发电单元对应。每组阻流单元一包括对称设置且相互平行的两根阻流体一。阻流体一固定连接在封装层一的上表面，并在封装层一上形成对应的刚性区，由此构成刚柔耦合变形结构。该发电装置有效提升了电能输出性能，并且整体结构不仅简单易于集成制备，还具有较高的可靠性。

Description

一种水流能纳米发电装置、自驱动式传感器及收集系统

技术领域

本发明涉及水流能发电技术领域，特别是涉及一种水流能纳米发电装置、自驱动式传感器及收集系统。

背景技术

河流、湖泊和海洋中存在不同形式的水流，并且蕴藏着巨大的能量未被利用。目前，基于电磁发电机的大型涡轮机可以收集大规模水流能并转化为电能。但对于水流速度要求较高，而且通常需要筑坝提高水位，存在成本高、可靠性低等问题。

近些年，王中林院士提出摩擦纳米发电技术。其基本原理是利用两表面(其中至少一个为绝缘材料)摩擦或接触生成静电荷，当接触表面分离时，电势差驱动绝缘表面下感应电极中的自由电荷定向移动，从而收集环境中的机械能，并转化为电能。摩擦纳米发电技术尤其适用于收集低频运动的机械能，具有结构简单、易制备、成本低、材料选择丰富等优势。

基于此，相关技术人员将摩擦纳米发电技术应用于水流能收集领域，开发出基于摩擦纳米发电机的叶片式结构。此种方式取得了不错的效果，可以有效地响应单向水流，但是存在结构普遍较大、复杂、难以集成等问题。

因此，有学者将目光转向涡激振动，涡激振动是一种常见的流致振动现象。当流体流过钝型物体(阻流体)时，在其两侧会交替产生漩涡，漩涡的交替脱落将在阻流体上施加振荡升力和阻力，导致结构振动。现有的基于涡激振动的旗状摩擦纳米发电机可以收集河/海流能量，但电能输出相对有限，这进一步限制了摩擦纳米发电技术在水流能收集领域的发展。

发明内容

基于此，有必要针对现有的摩擦纳米发电机应用于水流能收集时存在输出性能有限、结构负载且难以集成的技术问题，本发明提供一种水流能纳米发电装置、自驱动式传感器及收集系统。

本发明公开一种水流能纳米发电装置，其包括：封装组件、至少两组摩擦纳米发电单元、阻流单元一以及气体包。

封装组件包括相互匹配的封装层一和封装层二。封装层一叠置在封装层二的上表面，且二者之间设置有密封的腔体。封装层一和封装层二均为柔性可回弹式结构。

两组摩擦纳米发电单元设置在腔体内，并沿腔体的延伸方向间隔设置。摩擦纳米发电单元用于将水流中的机械能转化为电能。

阻流单元一的数量与摩擦纳米发电单元对应。每组阻流单元一包括对称设置且相互平行的两根阻流体一。阻流体一固定连接在封装层一的上表面，并在封装层一上形成对应的刚性区，由此构成刚柔耦合变形结构。当水流穿过阻流单元一时，两根阻流体一产生涡激振动并带动封装层一上对应的柔性位置产生往复弹性形变，实现封装层一与封装层二之间的接触分离，进而为对应的摩擦纳米发电单元提供机械能。

气体包填充在腔体内并能在两组摩擦纳米发电单元处交换移动。

其中，往复弹性形变包括两种状态：上凸式形变和下凹式形变。当其中一组阻流单元一带动封装层一上的其中一处对应位置产生下凹式形变时，气体包受到挤压并移动至另外一组阻流单元一对应的摩擦纳米发电单元处，进而使封装层一上的另外一处对应位置产生上凸式形变，反之亦然。由此实现两组摩擦纳米发电单元处的封装层一与封装层二产生交替式接触分离。

作为本发明的进一步改进，封装层一和封装层二均采用硅胶材质，二者的周向通过胶水粘接，由此形成腔体。

其中，腔体内还设置有多个粘结点。位于腔体处的封装层一和封装层二通过多个粘结点固定连接。多个粘结点将腔体沿其延伸方向划分为两个连通的子腔。两个子腔分别用于收容两组摩擦纳米发电单元。气体包能在两个子腔内交换移动。

作为本发明的进一步改进，每组摩擦纳米发电单元包括第一电极、第二电极、介电层以及基底。第一电极固定连接在封装层一上。介电层、第二电极和基底自上而下依次叠置粘接且固定连接在封装层二上。当封装层一与封装层二接触分离时，带动相互对应的第一电极与介电层接触分离，进而在两电极之间产生交流输出。

作为本发明的进一步改进，第一电极为厚度为0.1～1.5μm的柔性电极。介电层为薄膜结构，采用厚度为0.5～50mm的绝缘材料。第二电极为薄膜结构，采用厚度为50nm～50μm的导电材料。基底为薄片结构，采用厚度为0.5～2mm厚的塑料。

作为本发明的进一步改进，每组阻流单元一还包括刚性片一。刚性片一与阻流体一的数量相对应。每块刚性片一的一侧固定连接在对应的阻流体一上，另一侧固定连接在封装层一上，由此在封装层一上形成与刚性片一相匹配的刚性区。

作为本发明的进一步改进，刚性片一采用等腰的梯形片。在每组阻流单元一中，两块刚性片一相互对称设置，且二者的短边相互靠近，长边相互背离。

其中，上凸式形变和下凹式形变均呈梯台形状。

作为本发明的进一步改进，阻流体一和刚性片一采用聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、ABS中的任意一种。

作为本发明的进一步改进，水流能纳米发电装置还包括阻流单元二，其位于其中一组摩擦纳米发电单元背离另一组摩擦纳米发电单元的一侧。每组阻流单元二包括对称设置且相互平行的两根阻流体二，以及分别与两个阻流体二相对应的两块刚性片二。阻流体二固定在封装层一的上表面。刚性片二的一侧固定连接在对应的阻流体二上，另一侧固定连接在封装层一上。

本发明还公开一种自驱动式传感器，其用于测量水体流速。自驱动式水流流速传感器包括：水流能纳米发电装置。水流能纳米发电装置采用上述任意一项水流能纳米发电装置。

本发明还公开一种水流能收集系统，其包括：多个阵列分布的水流能纳米发电装置。水流能纳米发电装置采用上述任意一项水流能纳米发电装置。

与现有技术相比，本发明公开的技术方案具有如下有益效果：

1、该水流能纳米发电装置在摩擦纳米发电机和涡激振动的基础原理上，通过配对式的至少两组摩擦纳米发电单元，及设置匹配的阻流结构，可以将单向水体流动转化为器件的高频振动，进而将水体中的机械能转化为电能进行输出，并且相较于传统基于涡激振动的旗状摩擦纳米发电机，该发电装置有效提升了电能输出性能，并且整体结构不仅简单易于集成制备，还具有较高的可靠性。

2、该水流能纳米发电装置提出了一种配对的摩擦纳米发电单元以及相应的气体包交换机制。通过将摩擦纳米发电单元的摩擦面封装在密封的腔体内，从而可以适应水下工作环境。还通过将两个配对的摩擦纳米发电单元在腔体内相连通，并在腔体中充入适量的气体作为气体包。在器件工作时，气体包可以在两组发电单元之间交换，从而使两组摩擦纳米发电单元交替处于接触分离状态，从而可以使得整体发电装置能够克服水下高压环境的影响而正常工作。另外，配对结构也可拓展应用于多个摩擦纳米发电单元之间。

3、该水流能纳米发电装置提出了一种刚柔耦合变形机制，在摩擦纳米发电单元的上表面，设计了梯形的刚性区以及其它柔性区，从而能够在外界水流作用下产生三维变形，进而使得摩擦纳米发电单元的摩擦面实现充分的高频接触分离。

4、该自驱动式传感器通过采用以上水流能纳米发电装置，可对水体中的水流速度参数进行采集，并且无需外界供电，具有较高的实用价值。

5、该水流能收集系统通采用以上水流能纳米发电装置，可以形成不同规模的阵列，组成结构化摩擦电表面器件。因而该系统可以为一个附有柱状阻流体的薄层，相比于光滑的表面，能够高效地从单向流动的水体中获取能量，形成高频的振动并驱动摩擦纳米发电单元工作，产生电能。由于器件为一薄层，还可以按照需要的大小附着于不同的水下物体表面，或者单独应用，实现水下微能源或者水下电站等应用。

附图说明

图1为本发明实施例1中水流能纳米发电装置的立体结构示意图；

图2为图1中任意一组摩擦纳米发电单元在两层封装层中的三维爆炸图；

图3为图1中封装层一与封装层二之间的粘接区域示意图；

图4为本发明实施例1中刚柔耦合变形结构的变形过程示意图；

图5为本发明实施例1中摩擦纳米发电单元在分离状态时对应的阻流单元一以及封装层的立体状态图；

图6为本发明实施例1中阻流单元二在封装层上的爆炸示意图；

图7为本发明实施例1中摩擦纳米发电单元的发电原理图；

图8为本发明实施例1中在水流激励下涡激振动的原理示意图；

图9为本发明实施例1中在其中一组阻流单元一发生涡激振动时，气体包在两组摩擦纳米发电单元之间交换示意图；

图10为图9中未设置气体包时的状态示意图；

图11为本发明实施例2中单位时间累积输出电荷量与流速关系的曲线图；

图12为本发明实施例3中结构化摩擦电表面器件示意图；

图13为本发明实施例3中的水流能收集系统示意图。

主要元件符号说明

1、封装组件；11、封装层一；12、封装层二；2、摩擦纳米发电单元；21、第一电极；22、第二电极；23、介电层；24、基底；3、阻流单元一；31、阻流体一；32、刚性片一；4、气体包；5、粘结点；6、阻流单元二；61、阻流体二；62、刚性片二；7、电输出端口；8、外部负载；。

以上主要元件符号说明结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本实施例提供一种水流能纳米发电装置，其包括：封装组件1、至少两组摩擦纳米发电单元2、阻流单元一3以及气体包4，本实施例中，水流能纳米发电装置还可以包括阻流单元二6。

封装组件1包括相互匹配的封装层一11和封装层二12。封装层一11叠置在封装层二12的上表面，且二者之间设置有密封的腔体。本实施例中，封装层一11和封装层二12均可采用硅胶材质，二者的周向可通过胶水粘接，由此形成封闭的腔体。当然，在其他实施例中，封装层一11和封装层二12也可采用其他柔性可回弹式结构。

两组摩擦纳米发电单元2设置在腔体内，并沿腔体的延伸方向间隔设置。摩擦纳米发电单元2用于将水流中的机械能转化为电能。

请参阅图2，每组摩擦纳米发电单元2包括第一电极21、第二电极22、介电层23以及基底24。第一电极21可粘附于封装层一11上。介电层23、第二电极22和基底24自上而下依次叠置粘接并粘附于封装层二12上。当封装层一11与封装层二12接触分离时，带动相互对应的第一电极21与介电层23接触分离，进而在两电极之间产生交流输出。

其中，第一电极21为柔性电极，可以用炭黑等导电粉末掺入硅胶获得，其优选厚度为0.1毫米～1.5毫米。介电层23为薄膜结构，可以为聚合物、无机氧化物、复合材料等绝缘材料，主要作用是电绝缘和摩擦起电，其优选厚度为0.5微米～50微米。第二电极22为薄膜结构，可以为金属、碳材料或ITO等导电材料，其优选厚度为50纳米～50微米。基底24为薄片结构，可以为聚乙烯等塑料，其优选厚度为0.5毫米～2毫米。

请参阅图3，其中四周阴影区域是封装层一11和封装层二12之间的胶水粘接位置，主要作用是进行封装，防止水进入器件，形成连通的内腔。腔体内还可以设置六个圆形的粘结点5，多个粘结点5将腔体沿其延伸方向划分为两个连通的子腔。两个子腔分别用于收容两组摩擦纳米发电单元2。气体包4能在两个子腔内交换移动。多个粘结点5使封装层一11和封装层二12在特定位置联接在一起，优化力学特性，使前后两个摩擦纳米发电单元2的接触分离运动更加稳定。

阻流单元一3的数量与摩擦纳米发电单元2对应。每组阻流单元一3包括对称设置且相互平行的两根阻流体一31，还可以包括分别于两根阻流体一31相对应的两块刚性片一32。阻流体一31固定连接在封装层一11的上表面，并在封装层一11上形成对应的刚性区，由此构成刚柔耦合变形结构。当水流穿过阻流单元一3时，两根阻流体一31产生涡激振动并带动封装层一11上对应的柔性位置产生往复弹性形变，实现封装层一11与封装层二12之间的接触分离，进而为对应的摩擦纳米发电单元2提供机械能。每块刚性片一32的一侧固定连接在对应的阻流体一31上，另一侧固定连接在封装层一11上，由此在封装层一11上形成与刚性片一32相匹配的刚性区。

本实施例中，刚性片一32可以采用等腰的梯形片，在其他实施例中也可为其他形状；阻流体一31的截面可采用圆形，在其他实施例中也可为方形、菱形等其他形状。在每组阻流单元一3中，两块刚性片一32相互对称设置，且二者的短边相互靠近，长边相互背离。由此可以在封装层一11上形成梯台状的上凸式形变和下凹式形变。阻流体一31和刚性片一32可以采用聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、ABS中的任意一种，当然在其他实施例中，也可采用其他硬质塑料。

请参阅图4和图5，图中说明了刚柔耦合变形结构的不同变形状态。阻流体一31和刚性片一32作为刚性部分可用胶水粘在一起，刚性片一32底部与封装层一11粘接在一起。当阻流体一31受涡激振动影响而振动时，带动梯形的刚性片一32绕其长边来回转动，而封装层一11的其余柔性部分将发生弹性变形，整体拱起形成梯台形状，使得第一电极21与介电层23产生充分的分离，从而使得接触分离运动能够充分实现。

本实施例中，可根据水流的流动方向，将两组摩擦纳米发电单元2分为前发电机和后发电机。另外，对于迎流方向的第一组水流能纳米发电装置，其前端还可以设置阻流单元二6，以更好地产生涡激振动。阻流单元二6可以位于其中一组摩擦纳米发电单元2背离另一组摩擦纳米发电单元2的一侧。请参阅图6，每组阻流单元二6包括对称设置且相互平行的两根阻流体二61，以及分别与两个阻流体二61相对应的两块刚性片二62。阻流体二61固定在封装层一11的上表面。刚性片二62的一侧固定连接在对应的阻流体二61上，另一侧固定连接在封装层一11上。本实施例中，阻流单元二6的各部件形状及尺寸均可以与阻流单元一3设计相同。

气体包4填充在腔体内并能在两组摩擦纳米发电单元2处交换移动。本实施例中，可以通过向腔体内充入少量的空气作为气体包4。当然在其他实施例中，气体包4也可以替换为其他气体，比如惰性气体。

当其中一组阻流单元一3带动封装层一11上的其中一处对应位置产生下凹式形变时，气体包4受到挤压并移动至另外一组阻流单元一3对应的摩擦纳米发电单元2处，进而使封装层一11上的另外一处对应位置产生上凸式形变，反之亦然。由此实现两组摩擦纳米发电单元2处的封装层一11与封装层二12产生交替式接触分离。

请参阅图7，图中的电输出端口7从第一电极21和第二电极22引出，用于连接外部负载8并输出电能。对腔体内冲入少量空气作为气体包4。整个工作循环分为四个阶段。介电层23表面通过摩擦起电或电晕极化产生静电荷。在水流作用下，阻流体一31产生涡激振动并使得封装层一11变形，实现第一电极21和第二电极22的接触分离，从而在两电极之间产生交流输出。

请参阅图8，在适当条件下，水流流过阻流体，在阻流体两侧交替产生旋涡，旋涡的交替脱落将在阻流体上施加振荡力，导致阻流体结构产生振动。

请参阅图9，图中的左右分别为两组摩擦纳米发电单元2处在同一时刻的状态示意。由于实际应用中，封装层一11和封装层二12本身较薄，并且二者间距极小，类似于两张纸贴在一起，因此图9中间的虚线部分代指气体包4在腔体中的移动过程。在涡激振动影响下，前发电机处于接触状态时，气体包4会通过连通的腔体注入后发电机，从而保证前发电机能够完全接触，不会被气体隔开，而后发电机能够产生充分分离，反之同理。请参阅图10，如果没有气体包4，则由于腔体为封装结构，不能够产生足够的扩张和收缩，接触分离运动无法充分完成，器件输出会大幅下降。因此，气体包4的交换结构可以使得两组摩擦纳米发电单元2之间协同工作。当然，本实施例中的摩擦纳米发电单元2并不局限于两个，如果多个摩擦纳米发电单元2在腔体内连通，气体包4也可在多个摩擦纳米发电单元2之间进行交换。采用该结构可以克服水下封装而抑制发电机器件接触分离的问题，即使在深水高压条件下也可以高效工作。

综上所述，本发明提供的水流能纳米发电装置具有如下优点：

该水流能纳米发电装置在摩擦纳米发电机和涡激振动的基础原理上，通过配对式的至少两组摩擦纳米发电单元2，及设置匹配的阻流结构，可以将单向水体流动转化为器件的高频振动，进而将水体中的机械能转化为电能进行输出，并且相较于传统基于涡激振动的旗状摩擦纳米发电机，该发电装置有效提升了电能输出性能，并且整体结构不仅简单易于集成制备，还具有较高的可靠性。

该水流能纳米发电装置提出了一种配对的摩擦纳米发电单元2以及相应的气体包4交换机制。通过将摩擦纳米发电单元2的摩擦面封装在密封的腔体内，从而可以适应水下工作环境。还通过将两个配对的摩擦纳米发电单元2在腔体内相连通，并在腔体中充入适量的气体作为气体包4。在器件工作时，气体包4可以在两组发电单元之间交换，从而使两组摩擦纳米发电单元2交替处于接触分离状态，从而可以使得整体发电装置能够克服水下高压环境的影响而正常工作。另外，配对结构也可拓展应用于多个摩擦纳米发电单元4之间。

该水流能纳米发电装置提出了一种刚柔耦合变形机制，在摩擦纳米发电单元2的上表面，设计了梯形的刚性区以及其它柔性区，从而能够在外界水流作用下产生三维变形，进而使得摩擦纳米发电单元2的摩擦面实现充分的高频接触分离。

实施例2

本实施例提供一种自驱动式传感器，其用于测量水体流速。自驱动式水流流速传感器包括：水流能纳米发电装置。水流能纳米发电装置可采用实施例1中的水流能纳米发电装置。

请参阅图11，图中表明水流能纳米发电装置的单位时间累积输出电荷量与流速有很好的线性关系。因此，可通过现有的一些电荷量检测单元对发电装置单位时间内累积输出电荷量进行测量，测量的电荷量结果可根据一张流速-电荷量映射表，得到对应的水体流速。流速-电荷量映射表可根据经验值或者经过多次实验得到。因此，水流能纳米发电装置可以直接组成一种无需电源的自驱动传感器，从而有利于对水体中的水流速度参数进行采集，并且无需外界供电，具有较高的实用价值。

实施例3

请参阅图12，本实施例提供一种水流能收集系统，其包括：多个阵列分布的水流能纳米发电装置。水流能纳米发电装置采用实施例1中的水流能纳米发电装置。

图12中，多个水流能纳米发电装置可以形成不同规模的阵列，组成结构化摩擦电表面器件，从而作为一种带有表面结构的柔性薄膜器件，可贴附于水下不同的表面进行水流能收集。

请参阅图13，本实施例中的结构化摩擦电表面器件也可贴附于独立的框架下，作为一种独立的水流能收集器件工作。

该水流能收集系统提出了一种结构化摩擦电表面器件，继承了不同规模的阵列式水流能纳米发电装置。该系统可以为一个附有柱状阻流体的薄层，相比于光滑的表面，能够高效地从单向流动的水体中获取能量，形成高频的振动并驱动摩擦纳米发电单元2工作，产生电能。由于器件为一薄层，还可以按照需要的大小附着于不同的水下物体表面，或者单独应用，实现水下微能源或者水下电站等应用。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种水流能纳米发电装置，其特征在于，其包括：

封装组件(1)，其包括相互匹配的封装层一(11)和封装层二(12)；封装层一(11)叠置在封装层二(12)的上表面，且二者之间设置有密封的腔体；封装层一(11)和封装层二(12)均为柔性可回弹式结构；

至少两组摩擦纳米发电单元(2)，其设置在所述腔体内，并沿所述腔体的延伸方向间隔设置；摩擦纳米发电单元(2)用于将水流中的机械能转化为电能；

阻流单元一(3)，其数量与摩擦纳米发电单元(2)对应；每组阻流单元一(3)包括对称设置且相互平行的两根阻流体一(31)；阻流体一(31)固定连接在封装层一(11)的上表面，并在封装层一(11)上形成对应的刚性区，由此构成刚柔耦合变形结构；当水流穿过所述阻流单元一(3)时，两根阻流体一(31)产生涡激振动并带动封装层一(11)上对应的柔性位置产生往复弹性形变，实现封装层一(11)与封装层二(12)之间的接触分离，进而为对应的摩擦纳米发电单元(2)提供机械能；以及

气体包(4)，其填充在所述腔体内并能在两组摩擦纳米发电单元(2)处交换移动；

其中，所述往复弹性形变包括两种状态：上凸式形变和下凹式形变；当其中一组阻流单元一(3)带动封装层一(11)上的其中一处对应位置产生下凹式形变时，所述气体包(4)受到挤压并移动至另外一组阻流单元一(3)对应的摩擦纳米发电单元(2)处，进而使封装层一(11)上的另外一处对应位置产生上凸式形变，反之亦然；由此实现两组摩擦纳米发电单元(2)处的封装层一(11)与封装层二(12)产生交替式接触分离。

2.根据权利要求1所述的水流能纳米发电装置，其特征在于，封装层一(11)和封装层二(12)均采用硅胶材质，二者的周向通过胶水粘接，由此形成所述腔体；

其中，所述腔体内还设置有多个粘结点(5)；位于所述腔体处的封装层一(11)和封装层二(12)通过多个粘结点(5)固定连接；多个粘结点(5)将所述腔体沿其延伸方向划分为两个连通的子腔；两个所述子腔分别用于收容两组摩擦纳米发电单元(2)；所述气体包(4)能在两个所述子腔内交换移动。

3.根据权利要求1所述的水流能纳米发电装置，其特征在于，每组摩擦纳米发电单元(2)包括第一电极(21)、第二电极(22)、介电层(23)以及基底(24)；第一电极(21)固定连接在封装层一(11)上；介电层(23)、第二电极(22)和基底(24)自上而下依次叠置粘接且固定连接在封装层二(12)上；当封装层一(11)与封装层二(12)接触分离时，带动相互对应的第一电极(21)与介电层(23)接触分离，进而在两电极之间产生交流输出。

4.根据权利要求1所述的水流能纳米发电装置，其特征在于，第一电极(21)为厚度为0.1～1.5mm的柔性电极；介电层(23)为薄膜结构，采用厚度为0.5～50μm的绝缘材料；第二电极(22)为薄膜结构，采用厚度为50nm～50μm的导电材料；基底(24)为薄片结构，采用厚度为0.5～2mm厚的塑料。

5.根据权利要求1所述的水流能纳米发电装置，其特征在于，每组阻流单元一(3)还包括刚性片一(32)；刚性片一(32)与阻流体一(31)的数量相对应；每块刚性片一(32)的一侧固定连接在对应的阻流体一(31)上，另一侧固定连接在封装层一(11)上，由此在封装层一(11)上形成与刚性片一(32)相匹配的所述刚性区。

6.根据权利要求5所述的水流能纳米发电装置，其特征在于，刚性片一(32)采用等腰的梯形片；在每组阻流单元一(3)中，两块刚性片一(32)相互对称设置，且二者的短边相互靠近，长边相互背离；

其中，所述上凸式形变和所述下凹式形变均呈梯台形状。

7.根据权利要求6所述的水流能纳米发电装置，其特征在于，阻流体一(31)和刚性片一(32)采用聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、ABS中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的水流能纳米发电装置，其特征在于，所述水流能纳米发电装置还包括阻流单元二(6)，其位于其中一组摩擦纳米发电单元(2)背离另一组摩擦纳米发电单元(2)的一侧；每组阻流单元二(6)包括对称设置且相互平行的两根阻流体二(61)，以及分别与两个阻流体二(61)相对应的两块刚性片二(62)；阻流体二(61)固定在封装层一(11)的上表面；刚性片二(62)的一侧固定连接在对应的阻流体二(61)上，另一侧固定连接在封装层一(11)上。

9.一种自驱动式传感器，其用于测量水体流速；所述自驱动式水流流速传感器包括：

水流能纳米发电装置；

其特征在于，所述水流能纳米发电装置采用如权利要求1至8项中任意一项所述的水流能纳米发电装置。

10.一种水流能收集系统，其包括：

多个阵列分布的水流能纳米发电装置；

其特征在于，所述水流能纳米发电装置采用如权利要求1至8项中任意一项所述的水流能纳米发电装置。