[发明专利]一种基于3D打印技术制作的多接触层摩擦纳米发电机

说明书

本发明公开了一种基于3D打印技术制作的多接触层摩擦纳米发电机，在风力扇叶的驱动下，通过中心转轴带动转子转动，转子上各拨齿与筒形基座内侧壁上圆周阵列式发电活动板交替同步挤压，致使圆周阵列式发电活动板与圆周阵列式发电固定板不断接触分离实现第一摩擦单元与第二摩擦单元不断同步接触分离进而实现摩擦发电。采用优化的结构设计助力提升TENG输出特性和结构稳定性，同时借助3D打印技术实现个性化机械结构的设计及加工，有效解决了目前摩擦纳米发电机个性格程度不高，受限于传统加工工艺及加工时间长，成本较高等问题。

技术领域

本发明属于摩擦纳米发电机技术领域，具体涉及一种基于3D打印技术制作的多接触层摩擦纳米发电机。

背景技术

摩擦纳米发电技术作为一种典型的能量转换技术，自2012年王中林科研团队发明摩擦纳米发电机以来，可用于收集我们日常生活中可用的各种形式的机械能，如人体运动、振动、机械触发、旋转机械能、风、行驶中的汽车、雨滴、海洋波浪等形式的能量并且能够转化为电能，而且巧妙地应用在人工智能传感、环境监测、柔性可穿戴设备供电、电化学有机污染物处理、合成氨等领域。对面向未来的分布式、便携式、自驱动式能量源提出了建设性的思路，对于未来能源结构的调整，具有非常大的战略意义。

近几年，科研工作者们设计和制作出了具有各式各样个性化结构的摩擦纳米发电机用于收集不同形式的机械能，然而受限于传统加工工艺带来的结构自由制作的束缚，个性化程度较高的TENG结构在制作时仍有难度，而且传统的加工工艺制作成本高昂，耗时耗力，面对发展势头正迅猛的TENG自驱动系统，寻求TENG结构自由设计程度高且具有优化的机械结构及较高的输出特性，同时又便于批量化加工制作的方法来助推TENG自驱动系统的应用化发展进程显得尤为重要。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种基于3D打印技术制作的多接触层摩擦纳米发电机，其采用优化的结构设计助力提升TENG输出特性和结构稳定性，同时借助3D打印技术实现个性化机械结构的设计及加工，一定程度上有效解决了目前摩擦纳米发电机个性格程度不高，受限于传统加工工艺及加工时间长，成本较高等问题。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种基于3D打印技术制作的多接触层摩擦纳米发电机，其特征在于包括支撑底板及设置于支撑底板上且相互连接传动的风力扇叶机构和摩擦发电机构，风力扇叶机构中扇叶固定于中心转轴的一端，中心转轴通过轴承固定于扇叶固定架上，扇叶固定架通过螺栓组件固定于支撑底板上，中心转轴另一端贯穿摩擦发电机构的轴心位置且摩擦发电机构两侧的中心转轴分别通过轴承及轴承支架固定于转子固定架上，转子固定架分别通过螺栓组件固定于支撑底板上；摩擦发电机构中筒形基座通过螺栓组件固定于支撑底板上，筒形基座内侧壁上沿圆周方向均布有多组倾斜设置的圆周阵列式发电固定板，邻近发电固定板与筒形基座连接处的发电固定板上通过弧形弹性连接片固定有与发电固定板相对设置的发电活动板，发电活动板与发电固定板的相对侧分别设有第一摩擦单元和第二摩擦单元，各第一摩擦单元与第二摩擦单元分别并联连接，筒形基座内部的设有与筒形基座同心装配的转子，该转子与中心转轴通过键连接传动，转子上设有与筒形基座内侧壁上圆周阵列式发电活动板交替同步挤压的拨齿，摩擦纳米发电机在风力扇叶的驱动下，通过中心转轴带动转子转动，转子上各拨齿与筒形基座内侧壁上圆周阵列式发电活动板交替同步挤压，致使圆周阵列式发电活动板与圆周阵列式发电固定板不断接触分离实现第一摩擦单元与第二摩擦单元不断同步接触分离进而实现摩擦发电。

进一步优选，所述第一摩擦单元包括第一摩擦层和金属背电极层，第一摩擦层紧密贴附在第一金属背电极层上，第一金属背电极层通过海绵缓冲层贴附于发电活动板上；第二摩擦单元包括第二摩擦层和第二金属背电极层，第二摩擦层紧密贴附在第二金属背电极层上，第二金属背电极层通过海绵缓冲层贴附于发电固定板上，第一摩擦层和第二摩擦层均为绝缘有机薄膜材料且两种材料的介电常数相差较大，第一金属背电极层与第二金属背电极层均为导电性较好的金属材料，当第一摩擦层采用金属薄膜时，直接使用第一金属背电极充当第一摩擦层。