[发明专利]逆电润湿机械能收集器件及机械能收集装置

说明书

本发明提供逆电润湿机械能收集器件及机械能收集装置。该逆电润湿机械能收集器件包括：第一电极基板；第二电极基板，与第一电极基板相对设置以形成容纳腔；固体介电层，设置在第二电极基板靠近第一电极基板的一侧；注液光滑多孔表面层，设置在固体介电层靠近第一电极基板的一侧；导电流体，填充于容纳腔内，与第一电极基板和注液光滑多孔表面层相接触。本发明采用固体介电层和注液光滑多孔表面层的多层复合介电层的结构设计，将介电层的疏水性和绝缘性分隔开，从而可以选择具有较高介电常数的材料作为固体介电层，突破氟聚合物的介电结构限制，极大改善逆电润湿体系中介电层的功能特性，有效规避电荷陷入的问题，提高器件的能量产生效率。

技术领域

本发明涉及逆电润湿技术领域，尤其是涉及逆电润湿机械能收集器件及机械能收集装置。

背景技术

介电润湿(electrowetting on dielectric，EWOD)是指将极性液滴放置在涂布了介电层的电极后，若向这一体系施加电压就会出现液滴铺展，与介电层接触面积增大的现象。而逆电润湿(reverse electrowetting on dielectric，REWOD)是介电润湿的逆向过程，它是指极性液滴在电压的作用下铺展后，若因外力作用发生收缩、与介电层接触面积减小，则会在电路中产生电流的现象。近年来逆电润湿已被证实可以用于机械能的收集，在循环放电过程实现机械能向电能的转换。转换的关键在于利用外界的机械能来改变液体与介电层的接触面积从而形成放电电流。同时，介电层的厚度、介电常数，决定着电容大小；外电路所施加的电压决定着介电层表面的电荷密度；介电层表面润湿性决定着极性液滴与介电层接触面积变化的程度。这些因素都会对能量收集的效率产生影响。

已有研发团队提出基于逆电润湿的能量收集器件。该器件直接在电极表面涂布一层疏水介电层，通过收集人体运动产生的机械能来达到向小型电子设备充电的目的。这种能量收集器件的理论单位面积功率远超其他能量收集方法如压电、电磁等。然而，该器件为了能够同时满足疏水性和介电性的要求，使用氟聚合物作为疏水介电层材料。但在实际应用中发现，由于电荷陷入等原因使得能量收集效率仍有不足。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种具有较高的能量收集效率的逆电润湿机械能收集器件及机械能收集装置。

第一方面，本发明的一个实施例提供了一种逆电润湿机械能收集器件，该逆电润湿机械能收集器件包括：

第一电极基板；

第二电极基板，第二电极基板与第一电极基板相对设置以形成容纳腔；

固体介电层，固体介电层设置在第二电极基板靠近第一电极基板的一侧；

注液光滑多孔表面层，注液光滑多孔表面层设置在固体介电层靠近第一电极基板的一侧；

导电流体，导电流体填充于容纳腔内，导电流体与第一电极基板和注液光滑多孔表面层相接触。

本发明实施例的逆电润湿机械能收集器件至少具有如下有益效果：

本发明采用固体介电层和注液光滑多孔表面层的多层复合介电层的结构设计，将介电层的疏水性和绝缘性分隔开，从而可以选择具有较高介电常数的材料作为固体介电层，突破氟聚合物的介电结构限制，极大改善逆电润湿体系中介电层的功能特性，有效规避电荷陷入的问题，提高器件的能量产生效率。

根据本发明的一些实施例的逆电润湿机械能收集器件，固体介电层选自氧化镁、二氧化硅、钛酸锶、钛酸钡、钛酸钙、氧化镧铝、氧化锰、氧化钒、氧化铝、氧化钛、氧化铪、氮化钛等具有较高介电常数的材料。本方案通过添加注液光滑多孔表面层将介电层的疏水性与绝缘性分隔开，从而可以考虑使用上述具有较高介电系数的材料以提高复合介电层的功能特性，避免介电击穿的出现。