CN217469790U - 一种具有点接触的一体式三压电纳米发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有点接触的一体式三压电纳米发电机，包括外部负载，外部负载的正负极通过连接电路分别固定连接有顶部PENG组件和底部PENG组件，BTO陶瓷片的顶部和底部分别粘接有第一Ag电极层和第二Ag电极层，第一Ag电极层的顶部粘接有丙烯酸板，第二Ag电极层的底部粘接有聚四氟乙烯膜，聚四氟乙烯膜的表面开设有通槽，塑料泡沫层的顶部粘接有铜金属胶带层，本实用新型一种具有点接触的一体式三压电纳米发电机，使压电和摩擦电效应在一个连续的压放周期中出现，BTO陶瓷片通过传统的制造，选择固体技术作为压电层，此外，还采用了一种商用的聚四氟乙烯薄膜作为摩擦电层，其中在聚四氟乙烯薄膜上开设通槽作为导电荷的导电通道。

Description

一种具有点接触的一体式三压电纳米发电机

技术领域

本实用新型涉及米发电机技术领域，具体为一种具有点接触的一体式三压电纳米发电机。

背景技术

在物联网的新时代，为了满足对无线传感器网络的快速增长的需求，许多研究已经在可再生能源领域进行努力的探索可再生能源。太阳能、热能、热释电能、机械能等能源技术作为可持续能源供应得到了引起了越来越多研究人员的重视。这些技术之间的串联或并行杂交都可以有效地提高能量转换效率。机械广泛存在于我们的日常生活环境中，长期以来一直被利用，通过发电机转化为电能，如电磁发电机，摩擦电动纳米发电机和压电纳米发电机，已被证明是捕获环境中普遍低频机械能的有力工具。摩擦/压电纳米发电机(TPENG)的杂化逐渐引起了人们的极大兴趣，因为TPENG根据其并行输出特性、匹配阻抗和工作频率有望提高能量转换效率。通过对摩擦电和压电效应耦合的模拟分析，通过适当的结构设计，可以提高TPENG的输出性能。极化方向和掺杂是影响输出性能的两个主要因素，说明了压电效应和摩擦电效应可以有效地改善TPENG的整体电输出。

到目前为止，尽管已经报道了许多类型的TPENGs，但大多数研究集中寻求优异的输出性能，但忽略了考虑电信号分析和电能输出的摩擦电和压电效应对电荷输运的详细探索。巴蒂奥3(BTO)粉末通常被添加到有机基体中，以提高TPENG的输出性能。通过在压电/铁电过程中引入BTO陶瓷片作为介电极化层。通过表面和介质极化的耦合实现了TENG的性能提高。然而，压电效应和铁电极化对器件总电输出的影响仍然缺失。因此，设计一种具有特定结构的TPENG来分析和阐明压电和摩擦电效应的电荷转移过程具有重要意义和意义。在此，我们提出了一种具有金属－金属点接触的双端混合纳米发电机，使压电和摩擦电效应在一个连续的压放周期中出现。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有点接触的一体式三压电纳米发电机，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种具有点接触的一体式三压电纳米发电机，包括外部负载，所述外部负载的正负极均固定连接有连接电路，两个所述连接电路的一端分别固定连接有顶部PENG组件和底部PENG组件，所述顶部PENG组件包括BTO陶瓷片、第一Ag电极层、第二Ag电极层、丙烯酸板和聚四氟乙烯膜，所述BTO陶瓷片的顶部和底部分别粘接有第一Ag电极层和第二Ag电极层，所述第一Ag电极层的顶部粘接有丙烯酸板，所述第二Ag电极层的底部粘接有聚四氟乙烯膜，所述聚四氟乙烯膜的表面开设有通槽，所述底部PENG组件包括塑料泡沫层和铜金属胶带层，且所述塑料泡沫层的顶部粘接有铜金属胶带层。

优选的，所述BTO陶瓷片的厚度和聚四氟乙烯膜的厚度分别为8毫米和25毫米，组成顶部PENG组件。

优选的，所述通槽的孔径为2毫米，通槽作为压电荷的传输路径，使得中间第一Ag电极层和第二Ag电极层与底部铜金属胶带层之间容易形成金属－金属点接触。

优选的，两个所述连接电路的一端分别与顶部PENG组件和铜金属胶带层电连接，通过外部负载产生电流。

优选的，所述BTO陶瓷片的表面涂有银漆，为了激活BTO陶瓷片的压电特性。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

当聚四氟乙烯膜和铜金属胶带层通过在TPENG上施加垂直外力压缩电极时，静电场驱动转移的电荷从顶部的第一Ag电极层和第二Ag电极层通过外部负载流到底部铜金属胶带层，以平衡净电荷；随着外力不断施加到TPENG上，极化的BTO陶瓷片逐渐开始承受压应力，从而推动压电荷从第一Ag电极层和第二Ag电极层流向铜金属胶带层，通槽作为压电荷的传输路径，使得中间第一Ag电极层和第二Ag电极层与底部铜金属胶带层之间容易形成金属－金属点接触，通过外部负载产生电流；一旦施加的外力被释放，BTO陶瓷片迅速恢复到其原始状态，并且施加给BTO陶瓷片的压缩应力被迅速消除，产生反向压电电流，随后，底部铜金属胶带层与聚四氟乙烯膜之间的间隙逐渐增大，在外部电路中产生相反的摩擦电流，完成整个循环。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型顶部PENG组件的平面示意图；

图3为本实用新型在不同状态下的工作机理示意图。

图中：1、外部负载；2、连接电路；3、顶部PENG组件；4、底部PENG组件；5、BTO陶瓷片；6、第一Ag电极层；7、第二Ag电极层；8、丙烯酸板；9、聚四氟乙烯膜；10、通槽；11、塑料泡沫层；12、铜金属胶带层。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-3，本实用新型提供了一种具有点接触的一体式三压电纳米发电机，包括外部负载1，外部负载1的正负极均固定连接有连接电路2，两个连接电路2的一端分别固定连接有顶部PENG组件3和底部PENG组件4，顶部PENG组件3包括BTO陶瓷片5、第一Ag电极层6、第二Ag电极层7、丙烯酸板8和聚四氟乙烯膜9，BTO陶瓷片5的顶部和底部分别粘接有第一Ag电极层6和第二Ag电极层7，第一Ag电极层6的顶部粘接有丙烯酸板8，第二Ag电极层7的底部粘接有聚四氟乙烯膜9，聚四氟乙烯膜9的表面开设有通槽10，底部PENG组件4包括塑料泡沫层11和铜金属胶带层12，且塑料泡沫层11的顶部粘接有铜金属胶带层12。

使用时，当聚四氟乙烯膜9和铜金属胶带层12通过在TPENG上施加垂直外力压缩电极时，静电场驱动转移的电荷从顶部的第一Ag电极层6和第二Ag电极层7通过外部负载1流到底部铜金属胶带层12，以平衡净电荷；随着外力不断施加到TPENG上，极化的BTO陶瓷片5逐渐开始承受压应力，从而推动压电荷从第一Ag电极层6和第二Ag电极层7流向铜金属胶带层12，通槽10作为压电荷的传输路径，使得中间第一Ag电极层6和第二Ag电极层7与底部铜金属胶带层12之间容易形成金属－金属点接触，通过外部负载1产生电流；一旦施加的外力被释放，BTO陶瓷片5迅速恢复到其原始状态，并且施加给BTO陶瓷片5的压缩应力被迅速消除，产生反向压电电流，随后，底部铜金属胶带层12与聚四氟乙烯膜9之间的间隙逐渐增大，在外部电路中产生相反的摩擦电流，完成整个循环。

BTO陶瓷片5的厚度和聚四氟乙烯膜9的厚度分别为8毫米和25毫米。

使用时，BTO陶瓷片5和聚四氟乙烯膜9相配合，组成顶部PENG组件3。

通槽10的孔径为2毫米。

使用时，通槽10作为压电荷的传输路径，使得中间第一Ag电极层6和第二Ag电极层7与底部铜金属胶带层12之间容易形成金属－金属点接触，通过外部负载1产生电流。

两个连接电路2的一端分别与顶部PENG组件3和铜金属胶带层12电连接。

使用时，通过外部负载1、第二Ag电极层7和底部铜金属胶带层12之间的配合形成电流。

BTO陶瓷片5的表面涂有银漆。

具体使用时，在BTO陶瓷片5的顶部和底部分别粘接有第一Ag电极层6和第二Ag电极层7作为顶部PENG组件3，且第二Ag电极层7的底部粘接有聚四氟乙烯膜9作为摩擦电层。在聚四氟乙烯膜9的底部开设了直径为2mm的通槽10，很容易形成金属－金属点接触，从而产生压电电荷的传输路径。塑料泡沫层11的顶部粘接有铜金属胶带层12，它既是另一个摩擦电层，也是底部PENG组件4的电极；如图3a所示，当聚四氟乙烯膜9和铜金属胶带层12通过在TPENG上施加垂直外力压缩电极时，静电场驱动转移的电荷从顶部的第一Ag电极层6和第二Ag电极层7通过外部负载1流到底部铜金属胶带层12，以平衡净电荷；如图3b所示，随着外力不断施加到TPENG上，极化的BTO陶瓷片5逐渐开始承受压应力，从而推动压电荷从第一Ag电极层6和第二Ag电极层7流向铜金属胶带层12，通槽10作为压电荷的传输路径，使得中间第一Ag电极层6和第二Ag电极层7与底部铜金属胶带层12之间容易形成金属－金属点接触，通过外部负载1产生电流。一旦施加的外力被释放，BTO陶瓷片5迅速恢复到其原始状态，并且施加给BTO陶瓷片5的压缩应力被迅速消除，产生反向压电电流(图3(c))，随后，底部铜金属胶带层12与聚四氟乙烯膜9之间的间隙逐渐增大，在外部电路中产生相反的摩擦电流，完成整个循环(图3(d))，此外，在该装置中具有缓冲效果的塑料泡沫层11便于区分摩擦电过程和压电过程。

以上详细说明针对本实用新型的可行实施例之具体说明，惟实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所为之等效实施或变更，均应包含于本实用新型的保护范围中。

Claims (5)

1.一种具有点接触的一体式三压电纳米发电机，包括外部负载(1)，其特征在于：所述外部负载(1)的正负极均固定连接有连接电路(2)，两个所述连接电路(2)的一端分别固定连接有顶部PENG组件(3)和底部PENG组件(4)，所述顶部PENG组件(3)包括BTO陶瓷片(5)、第一Ag电极层(6)、第二Ag电极层(7)、丙烯酸板(8)和聚四氟乙烯膜(9)，所述BTO陶瓷片(5)的顶部和底部分别粘接有第一Ag电极层(6)和第二Ag电极层(7)，所述第一Ag电极层(6)的顶部粘接有丙烯酸板(8)，所述第二Ag电极层(7)的底部粘接有聚四氟乙烯膜(9)，所述聚四氟乙烯膜(9)的表面开设有通槽(10)，所述底部PENG组件(4)包括塑料泡沫层(11)和铜金属胶带层(12)，且所述塑料泡沫层(11)的顶部粘接有铜金属胶带层(12)。

2.根据权利要求1所述的一种具有点接触的一体式三压电纳米发电机，其特征在于：所述BTO陶瓷片(5)的厚度和聚四氟乙烯膜(9)的厚度分别为8毫米和25毫米。

3.根据权利要求1所述的一种具有点接触的一体式三压电纳米发电机，其特征在于：所述通槽(10)的孔径为2毫米。

4.根据权利要求1所述的一种具有点接触的一体式三压电纳米发电机，其特征在于：两个所述连接电路(2)的一端分别与顶部PENG组件(3)和铜金属胶带层(12)电连接。

5.根据权利要求1所述的一种具有点接触的一体式三压电纳米发电机，其特征在于：所述BTO陶瓷片(5)的表面涂有银漆。

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