[发明专利]基于摩擦发电的超低速水流能量采集装置及采集方法

权利要求书

1.一种基于摩擦发电的超低速水流能量采集装置，其特征在于，所述超低速水流能量采集装置包括水流动能转换模块及超低频能量采集模块，所述水流动能转换模块位于所述超低频能量采集模块的一侧，所述水流动能转换模块包括固定支架、水车车轮、中心轴及转动拨片，所述中心轴与所述固定支架相连接，所述水车车轮穿设在所述中心轴上且可绕所述中心轴转动，所述转动拨片一端与所述水车车轮的周向边缘相连接；所述超低频能量采集模块包括支撑架、弹性拨片及摩擦纳米发电机，所述摩擦纳米发电机位于所述支撑架上，所述摩擦纳米发电机包括上摩擦层及下摩擦层，上摩擦层及下摩擦层与输出导线电连接；所述弹性拨片位于所述摩擦纳米发电机的上方，且一端与所述支撑架相连接，另一端在初始状态下与摩擦纳米发电机表面接触；

当所述水车车轮在水流作用下转动时，位于水车车轮上的转动拨片拍打弹性拨片以使弹性拨片产生弹性变形，弹性拨片由于弹性势能的作用向下运动拍打摩擦纳米发电机，以使摩擦纳米发电机的上摩擦层和下摩擦层之间发生接触和分离循环，由此产生电能并输出。

2.根据权利要求1所述的超低速水流能量采集装置，其特征在于，所述固定支架高度可调，所述固定支架上设置有高度调节旋钮。

3.根据权利要求1所述的超低速水流能量采集装置，其特征在于，所述转动拨片为多个，多个转动拨片在所述水车车轮的周向边缘均匀间隔分布。

4.根据权利要求1所述的超低速水流能量采集装置，其特征在于，所述超低速水流能量采集装置还包括底座，所述支撑架及固定支架均固定于所述底座上。

5.根据权利要求1所述的超低速水流能量采集装置，其特征在于，上摩擦层和下摩擦层均包括导电材料层，且上摩擦层和下摩擦层中的至少一者还包括微纳结构薄膜层，所述微纳结构薄膜层为将蚕丝蛋白溶液喷涂在基底表面并经干燥而成，所述上摩擦层和下摩擦层之间通过间隔层相间隔。

6.根据权利要求5所述的超低速水流能量采集装置，其特征在于，所述导电材料层的材质包括金、银、铜、铝及ITO导电玻璃中的任意一种或多种。

7.根据权利要求5所述的超低速水流能量采集装置，其特征在于，所述基底包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺和聚四氟乙烯中的任意一种或多种，所述间隔层包括PDMS层。

8.根据权利要求5所述的超低速水流能量采集装置，其特征在于，所述摩擦纳米发电机的制备过程包括：

S1：将去离子水与蚕丝蛋白粉按预设比例混合并搅拌均匀以得到均匀稳定的蚕丝蛋白溶液；

S2：将得到的蚕丝蛋白溶液均匀喷涂到基底表面，基底另一表面固定有导电材料层；

S3：将喷涂有蚕丝蛋白溶液的基底放置于烘干箱中进行固化处理，并重复步骤S2和S3多次以得到导电材料层/基底/蚕丝蛋白薄膜；

S4：将得到的导电材料层/基底/蚕丝蛋白薄膜裁切成多个相同尺寸的导电材料层/基底/蚕丝蛋白薄片；

S5：将两片导电材料层/基底/蚕丝蛋白薄片和导电材料层/基底薄片以及间隔层组装成摩擦纳米发电机，其中，间隔层位于中间，间隔层的两个相对表面分别与导电材料层/基底/蚕丝蛋白薄片中的蚕丝蛋白和导电材料层/基底薄片中的基底固定。

9.根据权利要求8所述的超低速水流能量采集装置，其特征在于，去离子水和蚕丝蛋白粉的质量百分比为20：1～50:1，每次喷涂的时间为5～10秒，在烘干箱内固化的温度为70～100℃，导电材料层/基底薄片的厚度为100～150μm。

10.一种超低速水流能量采集方法，其特征在于，所述超低速水流能量采集方法基于权利要求1-9任一项所述的基于摩擦发电的超低速水流能量采集装置进行，当水车车轮在水流作用下转动时，位于水车车轮上的转动拨片拍打弹性拨片以使弹性拨片产生弹性变形，弹性拨片由于弹性势能的作用向下运动拍打摩擦纳米发电机，以使上摩擦层和下摩擦层之间发生接触和分离循环，由此产生电能并输出。