[发明专利]一种收集流动液体能量的发电机及发电方法

说明书

技术领域

本发明涉及静电发电技术领域，特别涉及一种将环境中各种流动液体的能量转化为电能的发电机和发电方法。 

背景技术

自然界和人类生命存续过程中会不断产生各种动能和势能，如何将这些微小的能量转变为我们所需的驱动力来源，是人们在不断探寻的方向。2006年纳米发电机的提出，开辟了将环境中随处存在的微小能源转化和应用的一个新的领域。在此基础上，提出的摩擦发电机通过特殊的器件结构设计，使得摩擦起电这一古老的现象展现出新的应用价值和潜力。整个摩擦电发电机则依靠摩擦电电势的充电泵效应，将两种镀有金属电极的聚合物膜贴合在一起组成器件，在外力作用下器件产生机械形变，导致两层聚合物膜之间发生相互摩擦，从而产生电荷分离并形成电势差。两个金属极板作为发电机的电能输出端，通过静电感应可以在表面生成感应电荷，感应电荷在摩擦电电势驱动下流经外电路即可形成电流。然而，目前摩擦发电机的设计仅限于固体与固体之间的摩擦能量的利用，不能利用环境中的液体运动蕴含的机械能。 

发明内容

本发明提供了一种结构简单的发电机，能够将流动液体的能量转变为电能。 

本发明提供的收集流动液体能量的发电机，包括：导电元件；摩擦层，所述摩擦层的下表面完全覆盖住导电元件；当带电荷的液滴或流动的液体与所述摩擦层的上表面接触后分开，所述导电元件能够产生感应电荷并向外输 出电信号。 

优选的，所述液滴或流动的液体所带的电荷来自所述液滴或流动的液体与其他材料的摩擦。 

优选的，所述摩擦层的上表面为电中性或带有电荷。 

优选的，所述摩擦层的材料为绝缘材料。 

优选的，所述绝缘材料选择下列一种或几种：苯胺甲醛树脂、聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺尼龙11、聚酰胺尼龙66、羊毛及其织物、蚕丝及其织物、纸、聚乙二醇丁二酸酯、纤维素、纤维素醋酸酯、聚乙二醇己二酸酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、再生纤维素海绵、棉及其织物、聚氨酯弹性体、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、木头、硬橡胶、醋酸酯、人造纤维、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯弹性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、丁二烯-丙烯腈共聚物、氯丁橡胶、天然橡胶、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-co-丙烯腈)、聚双酚A碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚（2,6-二甲基聚亚苯基氧化物）、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚三氟氯乙烯、聚四氟乙烯和派瑞林。 

优选的，所述摩擦层的材料为半导体，所述半导体选择下列一种或几种材料：硅、锗、第Ⅲ和第Ⅴ族化合物、第Ⅱ和第Ⅵ族化合物，以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体；或者，所述摩擦层的材料选自锰、铬、铁、铜的氧化物，或者氧化硅、氧化锌、BiO₂和Y₂O₃。 

优选的，所述摩擦层的部分或全部上表面包括微纳结构层，所述微纳结构层选自纳米线、纳米管、纳米颗粒、纳米棒、纳米花、纳米沟槽、微米沟槽，纳米锥、微米锥、纳米球和微米球状结构，以及由前述结构形成的阵列。 

优选的，所述微纳结构层为制备所述摩擦层时直接形成；或者，所述微纳结构层为在摩擦层的上表面点缀或涂覆纳米材料层形成；或者，所述微纳 结构层为通过光刻蚀、化学刻蚀和等离子刻蚀等方法在摩擦层的上表面制备。 

优选的，所述摩擦层或者微纳结构层为亲水或者疏水结构。 

优选的，所述摩擦层的上表面为疏水材料，所述液体为极性液体；或者，所述摩擦层的上表面为亲水材料，所述液体为非极性液体。 

优选的，极性液体为水、甲酸、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、乙酸、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、乙腈或丙酮；所述非极性液体为己烷、苯、甲苯、二乙醚、氯彷、乙酸乙酯、四氢呋喃或二氯甲烷。 

优选的，所述摩擦层的上表面或者所述液体经过化学改性。 

优选的，所述化学改性使所述摩擦层上表面与所述液体中，在极性为正的材料中引入更易失电子的官能团（即强给电子基团），或者，在极性为负的材料中引入更易得电子的官能团（强吸电子基团）；或者，所述化学改性使所述摩擦层与所述液体中，在极性为正的材料中引入正电荷；或者，在极性为负的材料中引入负电荷。 

优选的，所述强给电子基团包括：氨基、羟基或烷氧基；所述强吸电子基团包括：酰基、羧基、硝基或磺酸基。 

优选的，所述摩擦层上表面的微纳结构层与所述摩擦层的材料相同。