一種適用于波動(dòng)液體的發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種適用于波動(dòng)液體的發(fā)電系統(tǒng),包括若干連接在一起的全密封發(fā)電單元，發(fā)電單元的密封外殼中包括納米發(fā)電機(jī)和整流部件。在水力、洋流等外界機(jī)械能的作用下，發(fā)電單元將機(jī)械能傳遞至其內(nèi)部的納米發(fā)電機(jī)，納米發(fā)電機(jī)利用摩擦發(fā)電原理和靜電感應(yīng)原理產(chǎn)生電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)能量收集。該發(fā)電系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是，能實(shí)現(xiàn)多個(gè)發(fā)電單元在海水/河水里并行發(fā)電，充分收集波動(dòng)液體如海潮的能量，并且獲得大的電流輸出。
【專利說(shuō)明】一種適用于波動(dòng)液體的發(fā)電系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種納米發(fā)電系統(tǒng)，特別是能夠?qū)⒑恿骰蚝Ｑ蟮炔▌?dòng)液體中的機(jī) 械能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 從2012年開始，基于摩擦靜電效應(yīng)的納米發(fā)電機(jī)得以快速發(fā)展，并以其高效的輸 出、簡(jiǎn)單的工藝、穩(wěn)定的性能，為機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔軄?lái)驅(qū)動(dòng)電子器件提供了一種具有應(yīng)用前 景的途徑。但是，基于現(xiàn)有的摩擦電納米發(fā)電機(jī)的基本模式與器件設(shè)計(jì)用于水利發(fā)電，首先 在海水中，摩擦產(chǎn)生的靜電荷很容易被海水中的帶電離子中和，大大降低發(fā)電機(jī)的發(fā)電功 率和機(jī)械能利用效率。這一特點(diǎn)很大程度地限制了摩擦電納米發(fā)電機(jī)的應(yīng)用，使其無(wú)法有 效收集海水/河水中任意的自由運(yùn)動(dòng)物體的機(jī)械能。此外，絕大多數(shù)摩擦發(fā)電機(jī)只有一個(gè) 主要工作部件，能夠產(chǎn)生的電流有限，難以獲得可以實(shí)用的高功率。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0003] 要解決的技術(shù)問題
[0004] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是設(shè)計(jì)一種新型適用于波動(dòng)液體如海水或河水 能量收集的發(fā)電系統(tǒng)，將波動(dòng)液體的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)楦吖β实碾娔茌敵觥?br> [0005] 技術(shù)方案
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出一種可以應(yīng)用在波動(dòng)液體中的發(fā)電系統(tǒng)， 該發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括多個(gè)全密封的發(fā)電單元，其中每個(gè)全密封發(fā)電單元包括一個(gè)或多個(gè)納 米發(fā)電機(jī)，以及與納米發(fā)電機(jī)個(gè)數(shù)匹配的整流部件。多個(gè)所述發(fā)電單元互相連接形成單層 或者多層網(wǎng)絡(luò)，所述網(wǎng)絡(luò)的形狀能夠隨著液體的波動(dòng)而變化，帶動(dòng)發(fā)電單元中的納米發(fā)電 機(jī)向整流部件輸出電信號(hào)；所述整流部件的輸出端引出所述密封外殼作為所述發(fā)電單元的 輸出端。
[0007] 具體的，本實(shí)用新型提供一種適用于波動(dòng)液體發(fā)電的納米發(fā)電系統(tǒng)，包括多個(gè)發(fā) 電單元，每個(gè)所述發(fā)電單元中包括密封外殼，密封外殼中封裝有至少一個(gè)納米發(fā)電機(jī)以及 不少于納米發(fā)電機(jī)個(gè)數(shù)的整流部件，每個(gè)納米發(fā)電機(jī)連接一個(gè)整流部件；其中，多個(gè)所述發(fā) 電單元互相連接形成網(wǎng)絡(luò)，所述網(wǎng)絡(luò)的形狀能夠隨著液體的波動(dòng)而變化，帶動(dòng)所述發(fā)電單 元中的納米發(fā)電機(jī)向所述整流部件輸出電信號(hào)；所述發(fā)電單元中的全部所述整流部件的輸 出端并聯(lián)后引出所述密封外殼作為所述發(fā)電單元的輸出端。
[0008] 優(yōu)選的，多個(gè)所述發(fā)電單元互相連接形成的網(wǎng)絡(luò)為單層結(jié)構(gòu)。
[0009] 優(yōu)選的，多個(gè)所述發(fā)電單元互相連接形成的網(wǎng)絡(luò)為包括多個(gè)發(fā)電層的多層結(jié)構(gòu)， 相鄰兩層之間通過連接線互相連接形成所述網(wǎng)絡(luò)。
[0010] 優(yōu)選的，所述發(fā)電系統(tǒng)中每層還包括兩組總線，每組總線中包括至少一條總線，每 組中的多條總線通過互連線互相電連接，所述發(fā)電單元的兩個(gè)輸出端分別電連接在兩組總 線上。 toon] 優(yōu)選的，所述發(fā)電系統(tǒng)中每層的所述發(fā)電單元，按照陣列形式排列形成單層網(wǎng)絡(luò)。
[0012] 優(yōu)選的，所述連接線為導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，用來(lái)將多個(gè)發(fā)電單元連接到所述總線或互連線， 以形成所述網(wǎng)絡(luò)，使所有發(fā)電單元的輸出端并聯(lián)連接。
[0013] 優(yōu)選的，所述摩擦納米發(fā)電機(jī)的包括：
[0014] 第一電極層，設(shè)置在所述密封外殼內(nèi)表面或密封外殼內(nèi)部與密封外殼相對(duì)位置固 定的結(jié)構(gòu)上；
[0015] 第一摩擦層，接觸設(shè)置在所述第一電極層上；
[0016] 活動(dòng)塊，彈性連接在所述密封外殼內(nèi)，所述活動(dòng)塊的外表面為絕緣材料；
[0017] 第二電極層，設(shè)置在所述活動(dòng)塊外表面；
[0018] 第二摩擦層，接觸設(shè)置在所述第二電極層上，所述第一摩擦層與第二摩擦層面對(duì) 面設(shè)置；第一摩擦層與第二摩擦層的材料存在得失電子能力差異；
[0019] 當(dāng)多個(gè)發(fā)電單元連接形成的網(wǎng)絡(luò)在液體波動(dòng)的作用下改變形狀時(shí)，所述活動(dòng)塊能 夠在密封外殼圍成的空腔內(nèi)移動(dòng)，帶動(dòng)所述發(fā)電單元產(chǎn)生晃動(dòng)或者傾斜，在所述彈性結(jié)構(gòu) 的作用下活動(dòng)塊在密封外殼圍成的空腔內(nèi)移動(dòng)，使第一摩擦層與第二摩擦層發(fā)生接觸分離 的運(yùn)動(dòng)，在所述第一電極層與第二電極層之間產(chǎn)生電勢(shì)差。
[0020] 優(yōu)選的，所述發(fā)電單元的密封外殼圍成的空腔為多面體、球體或柱體，在所述空腔 內(nèi)設(shè)置多個(gè)摩擦納米發(fā)電機(jī)，所述活動(dòng)塊的外表面為多面體、球體或柱體，每個(gè)所述摩擦納 米發(fā)電機(jī)的第一電極層設(shè)置在密封外殼的一個(gè)內(nèi)表面或內(nèi)部與密封外殼不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)位 置改變的結(jié)構(gòu)的一個(gè)表面上，第二電極層設(shè)置在活動(dòng)塊的一個(gè)外表面。
[0021] 優(yōu)選的，所述發(fā)電單元的密封外殼圍成的空腔為六面體，在所述空腔的一個(gè)內(nèi)表 面采用彈簧連接所述活動(dòng)塊。
[0022] 優(yōu)選的，所述第一摩擦層與第二摩擦層為絕緣體、半導(dǎo)體或者導(dǎo)體材料。
[0023] 優(yōu)選的，所述第一摩擦層或第二摩擦層為導(dǎo)體材料；所述導(dǎo)體材料的摩擦層代替 與其接觸設(shè)置的電極層。
[0024] 優(yōu)選的，所述第一摩擦層和第二摩擦層的厚度為100納米至1毫米；第一摩擦層與 第二摩擦層相對(duì)的表面形狀和尺寸相當(dāng)或者相等。
[0025] 優(yōu)選的，所述第一電極層和第二電極層的厚度為5納米至1厘米。
[0026] 優(yōu)選的，所述第一摩擦層面向第二摩擦層的表面和/或所述第二摩擦層面向所述 第一摩擦層的表面，部分或者全部具有微米或次微米量級(jí)的微結(jié)構(gòu)或者納米材料的點(diǎn)綴或 涂層。
[0027] 優(yōu)選的，所述發(fā)電單元中的納米發(fā)電機(jī)為靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)，具體結(jié)構(gòu)為：
[0028] 固定在所述密封外殼內(nèi)壁上的兩個(gè)電極；
[0029] -個(gè)可在所述密封外殼的空腔中自由移動(dòng)的絕緣滑動(dòng)體；
[0030] 當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)受到液體波動(dòng)作用而發(fā)生形狀改變時(shí)，所述密封外殼發(fā)生晃動(dòng)，帶電 的所述滑動(dòng)體在兩個(gè)電極間來(lái)回滑動(dòng)或者滾動(dòng)，由于靜電感應(yīng)作用，驅(qū)動(dòng)電子在兩個(gè)電極 間流動(dòng)。
[0031] 優(yōu)選的，所述兩個(gè)電極之間的距離范圍為lmm-lm。
[0032] 優(yōu)選的，所述發(fā)電單元中包括兩個(gè)所述靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)，其中，兩個(gè)靜電感應(yīng) 納米發(fā)電機(jī)共用一個(gè)所述絕緣滑動(dòng)體，四個(gè)電極設(shè)置在所述密封外殼內(nèi)壁的一個(gè)平面上， 兩個(gè)靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)的兩個(gè)電極中心的連線相交。
[0033] 優(yōu)選的，所述密封外殼的內(nèi)壁至少具有一個(gè)平面，所述發(fā)電單元中的納米發(fā)電機(jī) 為靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)，具體結(jié)構(gòu)為：
[0034] 固定在所述平面上的兩組電極，每組電極中至少包括一個(gè)條狀電極并且互相電連 接，所述兩組電極的條狀電極交替排列，兩組電極中的所有條狀電極基本平行排列；
[0035] -個(gè)可在所述密封外殼的空腔中自由移動(dòng)的絕緣滑動(dòng)體；
[0036] 當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)受到液體波動(dòng)作用而發(fā)生形狀改變時(shí)，所述密封外殼發(fā)生晃動(dòng)，帶電 的所述滑動(dòng)體在所述兩組電極間滑動(dòng)或者滾動(dòng)，由于靜電感應(yīng)作用，驅(qū)動(dòng)電子在兩組電極 間流動(dòng)。
[0037] 優(yōu)選的，所述密封外殼的內(nèi)壁具有面對(duì)面的第一平面和第二平面，在兩個(gè)平面上 分別設(shè)置所述的靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)，其中，兩個(gè)靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)共用一個(gè)所述滑動(dòng) 體，固定在所述第一平面上的兩組電極與固定在第二平面上的兩組電極的排列方向互相垂 直。
[0038] 優(yōu)選的，所述兩組電極的所有條狀電極等距排列，距離范圍為0. lmm-lm;所述條 狀電極的寬度與所述滑動(dòng)體的尺寸接近。
[0039] 優(yōu)選的，所述滑動(dòng)體通過與任意一個(gè)電極接觸發(fā)生摩擦而帶電；或者，所述滑動(dòng)體 在與所述電極接觸前即帶有電荷。
[0040] 優(yōu)選的，所述滑動(dòng)體采用駐極體材料。
[0041] 優(yōu)選的，所述滑動(dòng)體為多面體、柱體、球形或者橢球形。
[0042] 優(yōu)選的，所述整流部件設(shè)置在密封外殼的空腔中；或者，所述整流部件密封在密封 外殼的材料中。
[0043] 優(yōu)選的，所述整流部件為全橋整流器。
[0044] 優(yōu)選的，所述發(fā)電單元在每個(gè)維度的尺寸范圍為lcm-lm，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時(shí)相鄰兩 個(gè)發(fā)電單元間隔為密封外殼尺寸的〇. 1倍至100倍。
[0045] 優(yōu)選的，所述發(fā)電單元的密封外殼上附著有配重體，所述配重體的作用在于調(diào)節(jié) 發(fā)電系統(tǒng)的平均密度。
[0046] 有益效果
[0047] 本實(shí)用新型提供的發(fā)電系統(tǒng)最突出的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)電單元全密封，而且采用多個(gè)發(fā)電 單元連接形成可以隨著液體波動(dòng)而變形的網(wǎng)絡(luò)，隨著液體的波動(dòng)，多個(gè)發(fā)電單元形成的網(wǎng) 絡(luò)發(fā)生形變使數(shù)個(gè)發(fā)電單元中的納米發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電信號(hào)通過整流部件整流為直流輸出，多 個(gè)整流部件的輸出端并聯(lián)后作為發(fā)電單元的輸出，將多個(gè)發(fā)電單元的輸出信號(hào)進(jìn)行并聯(lián)， 可以獲得大的電流輸出。這使得納米發(fā)電機(jī)可以應(yīng)用于海水等復(fù)雜的體系，而且可以提供 大的輸出功率驅(qū)動(dòng)外部電子器件。
[0048] 本實(shí)用新型提供的發(fā)電系統(tǒng)，由多個(gè)發(fā)電單元互相連接形成的網(wǎng)絡(luò)，可以為二維 網(wǎng)絡(luò)，漂浮在液體表面收集液體波動(dòng)的機(jī)械能；也可以為三維網(wǎng)絡(luò)，漂浮或者懸浮在液體中 可以收集液體波動(dòng)時(shí)不同方向的機(jī)械能。并且，將多個(gè)發(fā)電單元進(jìn)行并聯(lián)的總線、互連線， 以及將多層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接的連接線可以直接充當(dāng)將多個(gè)發(fā)電單元連接形成所述網(wǎng)絡(luò)的連 接結(jié)構(gòu)，可以省略將發(fā)電單元連接形成網(wǎng)絡(luò)的連接結(jié)構(gòu)，使發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。
[0049] 本實(shí)用新型提供的發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電單元體積小巧，通過合適的密封外殼材料選擇， 或者在密封外殼上設(shè)置配重體調(diào)節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的平均密度，發(fā)電系統(tǒng)可以漂浮在液體表面或 者懸浮在液體中，因此，形成的網(wǎng)絡(luò)中可以有數(shù)量巨大的發(fā)電單元，這樣的發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可 以在海水或者江河中大面積投放，用于將液體波動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢赃m用的電能。
[0050] 本實(shí)用新型的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說(shuō)明。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0051] 通過附圖所示，本實(shí)用新型的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附 圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在 于顯示出本實(shí)用新型的主旨。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但參數(shù)無(wú)需 確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。此外，以下 實(shí)施例中提到的方向用語(yǔ)，例如"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"等，僅是參考附圖的方向。 因此，使用的方向用語(yǔ)是用來(lái)說(shuō)明并非用來(lái)限制本實(shí)用新型。
[0052] 圖1為本實(shí)用新型應(yīng)用與波動(dòng)液體的發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0053] 圖2為發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電單元中納米發(fā)電機(jī)與整流部件的連接示意圖；
[0054] 圖3為發(fā)電單元中納米發(fā)電機(jī)采用摩擦納米發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0055] 圖4為發(fā)電單元中納米發(fā)電機(jī)采用靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0056] 圖5至圖7為發(fā)電單元中采用多個(gè)靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0057] 圖8為發(fā)電系統(tǒng)為多層網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0058] 下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行 清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí) 施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所 獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0059] 其次，本實(shí)用新型結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本實(shí)用新型實(shí)施例時(shí)，為便于 說(shuō)明，所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0060] 實(shí)施例一：
[0061] 圖1為本實(shí)施例發(fā)電系統(tǒng)的一種典型結(jié)構(gòu)，包括8個(gè)發(fā)電單元A1、A2、A3......A8， 8個(gè)發(fā)電單元互相連接形成網(wǎng)絡(luò)，如圖中所示，所述網(wǎng)絡(luò)漂浮在液體表面或者懸浮在液體中 時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的形狀能夠隨著液體的波動(dòng)而變化。每個(gè)發(fā)電單元包括密封外殼，密封外殼中封裝 有至少一個(gè)納米發(fā)電機(jī)以及不少于納米發(fā)電機(jī)個(gè)數(shù)的整流部件，每個(gè)納米發(fā)電機(jī)連接一個(gè) 整流部件，參見圖2,納米發(fā)電機(jī)TENG1的兩個(gè)電極分別與全橋整流器R1的輸入端連接，納 米發(fā)電機(jī)TENG2的兩個(gè)電極分別與全橋整流器R2的輸入端連接，全橋整流器R1和R2的輸 出端并聯(lián)后引出密封外殼形成發(fā)電單元的兩個(gè)輸出端B1和B2。優(yōu)選的，所有發(fā)電單元的輸 出端進(jìn)行并聯(lián)后形成發(fā)電系統(tǒng)的輸出端，可以為外電路輸出大電流的電信號(hào)。圖2中只給 出了發(fā)電單元內(nèi)包括兩個(gè)獨(dú)立的納米發(fā)電機(jī)情形，其連接方式很容易能擴(kuò)展到內(nèi)有多個(gè)納 米發(fā)電機(jī)的情形。
[0062] 因?yàn)椴煌{米發(fā)電機(jī)存在著相位連接問題，因此要連接多個(gè)納米發(fā)電機(jī)組成發(fā)電 單元，需要將納米發(fā)電機(jī)的輸出信號(hào)先經(jīng)過整流部件，再進(jìn)行并聯(lián)連接。在實(shí)際應(yīng)用中，納 米發(fā)電機(jī)的電壓輸出已經(jīng)可以滿足要求，但是電流輸出仍是納米發(fā)電機(jī)實(shí)際應(yīng)用的主要受 限因素，使用并聯(lián)結(jié)構(gòu)可以大大提高其電流輸出，并且大幅度降低輸出匹配阻抗，使得發(fā)電 單元的應(yīng)用范圍大幅度提升。
[0063] 納米發(fā)電機(jī)TENG1或TENG2在液體波動(dòng)時(shí)，可以將波動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苓M(jìn)行 輸出，可以選擇現(xiàn)有的任意結(jié)構(gòu)的納米發(fā)電機(jī)，優(yōu)選為摩擦納米發(fā)電機(jī)和靜電感應(yīng)納米發(fā) 電機(jī)。
[0064] 本實(shí)用新型中，發(fā)電單元中的納米發(fā)電機(jī)可以采用的摩擦納米發(fā)電機(jī)，典型結(jié)構(gòu) 參見圖3,發(fā)電單兀包括密封外殼10,以密封外殼10的內(nèi)表面圍成的空腔為六面體（例如 長(zhǎng)方體或正方體）為例，在密封外殼10的5個(gè)內(nèi)表面分別設(shè)置一個(gè)第一電極層11，在第一 電極層11上接觸設(shè)置第一摩擦層12,在密封外殼10的第六內(nèi)表面彈性連接活動(dòng)塊20,活 動(dòng)塊20的外表面為絕緣材料，活動(dòng)塊20可以與密封外殼10通過彈性結(jié)構(gòu)Μ(例如彈簧） 連接，使活動(dòng)塊20能夠在密封外殼10圍成的空腔內(nèi)移動(dòng)，優(yōu)選的，活動(dòng)塊20為立方體或者 長(zhǎng)方體，其下表面與彈性結(jié)構(gòu)Μ連接，其余5個(gè)表面分別設(shè)置一個(gè)第二電極層21，可以在第 二電極上接觸設(shè)置第二摩擦層22,其中，第二摩擦層22或者第二電極層21與一個(gè)第一摩擦 層12面對(duì)面設(shè)置。當(dāng)多個(gè)發(fā)電單元連接形成的網(wǎng)絡(luò)在液體波動(dòng)的作用下改變形狀時(shí)，帶動(dòng) 發(fā)電單元產(chǎn)生晃動(dòng)或者傾斜，在彈性結(jié)構(gòu)Μ的作用下活動(dòng)塊20在密封外殼10圍成的空腔 內(nèi)移動(dòng)，使至少一個(gè)第二電極層21或者第二摩擦層22與第一摩擦層12發(fā)生接觸分離的運(yùn) 動(dòng)。由于摩擦層12與第二電極層21或者第二摩擦層的材料存在得失電子能力差異，因此 隨著活動(dòng)塊20相對(duì)于密封外殼10的運(yùn)動(dòng)，在彈性結(jié)構(gòu)Μ的彈性回復(fù)力作用下，第二電極層 21 (或者第二摩擦層22)與第一摩擦層12能夠反復(fù)接觸和分開，在第一電極層11與第二電 極層21之間產(chǎn)生電勢(shì)差，連接外電路時(shí)可以有電荷流過。彈性結(jié)構(gòu)Μ采用彈簧的設(shè)置，使 活動(dòng)塊可以在密封結(jié)構(gòu)的空腔中進(jìn)行三維運(yùn)動(dòng)，將摩擦納米發(fā)電機(jī)受到的單向機(jī)械力轉(zhuǎn)變 為活動(dòng)塊受到的多個(gè)方向的往復(fù)作用力，液體的一次波動(dòng)，可以使活動(dòng)塊形成往復(fù)運(yùn)動(dòng)從 而使一個(gè)或多個(gè)摩擦納米發(fā)電機(jī)工作輸出電信號(hào)，不僅能夠提高能量的利用率，還可以通 過彈性結(jié)構(gòu)Μ的選擇調(diào)整發(fā)電單元輸出電信號(hào)的頻率。
[0065] 圖3中的發(fā)電單元中，位于活動(dòng)塊上方的摩擦納米發(fā)電機(jī)包括第一電極層、第一 摩擦層、第二電極層和第二摩擦層，第一摩擦層與第二摩擦層的材料存在得失電子能力差 異，可以采用絕緣體或者半導(dǎo)體或者導(dǎo)體材料；位于活動(dòng)塊20左側(cè)和右側(cè)的摩擦納米發(fā)電 機(jī)中第二摩擦層采用導(dǎo)電材料，直接替代了第二電極層，第一摩擦層材料采用絕緣體或者 半導(dǎo)體材料，使摩擦納米發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。當(dāng)然，在其他實(shí)施例中，也可以第一摩擦 層采用導(dǎo)體材料，直接替代第一電極層，第二摩擦層采用絕緣體或者半導(dǎo)體材料。
[0066] 發(fā)電單元中的整流部件，可以設(shè)置在密封外殼的空腔中，也可以直接密封在外殼 材料中，具體位置不作為對(duì)本實(shí)用新型的限定，只需保證摩擦納米發(fā)電機(jī)的兩個(gè)電極層的 輸出信號(hào)經(jīng)過整流部件的整流后變?yōu)橹绷餍盘?hào)，便于多個(gè)納米發(fā)電機(jī)或者發(fā)電單元之間的 并聯(lián)連接。
[0067] 摩擦納米發(fā)電機(jī)的工作前提是，第一摩擦層與第二摩擦層的材料存在得失電子能 力差異，在互相接觸時(shí)在表面帶有接觸電荷，分離后還保留這些電荷。第一摩擦層或者第二 摩擦層的材料可以選擇絕緣材料，可以選擇聚合物絕緣材料或者天然的絕緣材料，可以從 下列材料中選擇一種或者幾種：氧化硅、聚對(duì)二甲基硅氧烷（PDMS)、聚四氟乙烯（Teflon)、 聚氯乙烯（PVC)、聚三氟氯乙烯、聚酰亞胺（Kapton)、聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺、聚二苯基 丙烷碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、苯胺甲醛樹脂、聚甲醛、乙基纖維素、聚酰胺、三聚氰 胺甲醛、聚乙二醇丁二酸酯、纖維素、纖維素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚鄰苯二甲酸二烯 丙酯、再生纖維素海綿、聚氨酯彈性體、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯 丁二烯共聚物、聚酰胺尼龍11、聚酰胺尼龍66、羊毛及其織物、蠶絲及其織物、紙、人造纖 維、棉及其織物、木頭、硬橡膠、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚異丁烯、聚氨酯彈性體、 聚氨酯柔性海綿、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇縮丁醛、酚醛樹脂、氯丁橡膠、丁二烯丙 烯共聚物、天然橡膠、聚丙烯腈、聚（偏氯乙烯-co-丙烯腈）、聚乙烯丙二酚碳酸鹽，聚苯乙 烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、醋酸酯、聚雙 苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚三氟氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和派瑞林，包 括派瑞林C、派瑞林N、派瑞林D、派瑞林HT或派瑞林AF4。
[0068] 第一摩擦層或者第二摩擦層的材料也可以選擇半導(dǎo)體材料，常用的半導(dǎo)體包括： 硅、鍺；第III和第V族化合物，例如砷化鎵、磷化鎵等；第II和第VI族化合物，例如硫化鎘、 硫化鋅等；以及由III-V族化合物和II -VI族化合物組成的固溶體，例如鎵鋁砷、鎵砷磷等。 除上述晶態(tài)半導(dǎo)體外，還有非晶態(tài)的玻璃半導(dǎo)體、有機(jī)半導(dǎo)體等。非導(dǎo)電性氧化物、半導(dǎo)體 氧化物和復(fù)雜氧化物也具有摩擦電特性，能夠在摩擦過程形成表面電荷，因此也可以用來(lái) 作為本實(shí)用新型的摩擦層，例如錳、鉻、鐵、銅的氧化物，還包括氧化錳、氧化鉻、氧化鐵、氧 化銅、氧化鋅、BiOjP Y203。
[0069] 第一摩擦層或者第二摩擦層的材料也可以選擇導(dǎo)體材料，另一摩擦層材料可以為 絕緣體或者半導(dǎo)體材料，滿足兩個(gè)摩擦層材料存在得失電子能力差異；所述導(dǎo)體材料的摩 擦層代替與其接觸設(shè)置的電極層，進(jìn)一步簡(jiǎn)化摩擦納米發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)。作為摩擦層的導(dǎo)體 材料可以從第一電極層或者第二電極層的材料中進(jìn)行選擇。
[0070] 摩擦納米發(fā)電機(jī)中，還可以對(duì)第一摩擦層面向第二摩擦層的表面和/或第二摩擦 層面向第一摩擦層的表面經(jīng)過物理改性，使其表面部分或者全部具有微米或次微米量級(jí)的 微結(jié)構(gòu)或者納米材料的點(diǎn)綴或涂層，以增強(qiáng)第一摩擦層與第二摩擦層之間的接觸面積。所 述微結(jié)構(gòu)可以為納米線、納米管、納米顆粒、納米溝槽、微米溝槽、納米錐、微米錐、納米球和 微米球狀結(jié)構(gòu)，或者上述微結(jié)構(gòu)形成的陣列。
[0071] 第一摩擦層或者第二摩擦層的厚度無(wú)特別要求，本實(shí)施例中優(yōu)選為100納米至1 毫米，更優(yōu)選為0. 02毫米至0. 8毫米。
[0072] 第一摩擦層與第二摩擦層相對(duì)的表面，優(yōu)選二者的表面形狀和尺寸相當(dāng)或者相 等，在互相接觸時(shí)能夠有最大的接觸面積。
[0073] 5個(gè)分立的第一電極層與5個(gè)分立的第二電極層可以通過濺射或者粘貼等方法制 備在密封外殼的內(nèi)表面和活動(dòng)塊的外表面。第一電極層或第二電極層的材料可以選擇常用 的電極材料，例如金屬、合金、摻雜半導(dǎo)體、導(dǎo)電氧化物或有機(jī)物導(dǎo)體等，具體電極材料的選 擇不作為限定本實(shí)施例保護(hù)范圍的因素。實(shí)際中，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)摩擦層材料 的選擇，確定相應(yīng)電極層材料以及制備方法的選擇，以確保每個(gè)第一電極層與相應(yīng)的摩擦 層的良好電接觸。
[0074] 本實(shí)施例中設(shè)置了 5對(duì)面對(duì)面的第一摩擦層與第二摩擦層（或者第二電極層）， 即有5個(gè)摩擦納米發(fā)電機(jī)，每個(gè)摩擦納米發(fā)電機(jī)包括：第一電極層11，設(shè)置在密封外殼內(nèi)表 面；第一摩擦層12,接觸設(shè)置在第一電極層11上；活動(dòng)塊20,彈性連接在密封外殼10內(nèi)，活 動(dòng)塊20的外表面為絕緣材料；第二電極層21，設(shè)置在活動(dòng)塊20外表面；第二摩擦層22,接 觸設(shè)置在第二電極層上，其中，第二摩擦層22與第一摩擦層12面對(duì)面設(shè)置。如果第一摩擦 層或者第二摩擦層采用導(dǎo)體材料，則相應(yīng)的導(dǎo)體材料的摩擦層接觸設(shè)置的電極層被省略， 由導(dǎo)體材料的摩擦層代替。每個(gè)摩擦納米發(fā)電機(jī)在工作時(shí)均輸出交流電信號(hào)，因此在發(fā)電 單元中也需要設(shè)置與摩擦納米發(fā)電機(jī)個(gè)數(shù)相等的整流部件。圖3所示的發(fā)電單元中需要相 應(yīng)的設(shè)置5個(gè)整流部件（在圖3中沒有顯示），可以為全橋整流器等整流部件，每個(gè)摩擦納 米發(fā)電機(jī)的兩個(gè)電極層連接一個(gè)全橋整流器的輸入端，5個(gè)全橋整流器的輸出端進(jìn)行并聯(lián) 后通過導(dǎo)線引出密封外殼10形成發(fā)電單元的輸出端B1和B2,形成完整的發(fā)電單元。
[0075] 本實(shí)施例中，密封外殼圍成的密封空腔的形狀并不限定為上述的長(zhǎng)方體，也可以 為全密封的長(zhǎng)方體，柱體，球體，椎體或者其他形狀的密封空腔。密封外殼的外表面的形狀 不做特別限定，可以為任意形狀，例如長(zhǎng)方體或者球體。密封外殼的材料選擇根據(jù)發(fā)電系統(tǒng) 的應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行適當(dāng)選擇，不溶于所應(yīng)用的液體的絕緣材料即可。以應(yīng)用在水中的發(fā)電系 統(tǒng)為例，可以選為任一種不溶于水的可以耐海水腐蝕的絕緣體材料，如聚異丁烯、聚氨酯彈 性海綿、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇縮丁醛、丁二烯-丙烯腈共聚物、氯丁橡膠、天然 橡膠、聚丙烯腈、聚（偏氯乙烯-co-丙烯腈）、聚雙酚A碳酸酯聚氯醚、聚偏二氯乙烯和聚 (2, 6-二甲基聚亞苯基氧化物）等等。同理，活動(dòng)塊的外表面為絕緣材料，可以選擇的材料 也可以從上述的絕緣材料中選擇。
[0076] 發(fā)電單元中，摩擦納米發(fā)電機(jī)的個(gè)數(shù)可以為任意，并不限定為5個(gè)。同樣，設(shè)置在 密封外殼空腔中的活動(dòng)塊的形狀也可以為球形、長(zhǎng)方體等形狀，優(yōu)選與密封外殼的空腔形 狀相匹配，使第一摩擦層與第二摩擦層的接觸機(jī)會(huì)較大，保證在微小的液體波動(dòng)時(shí)，摩擦納 米發(fā)電機(jī)即可輸出電信號(hào)。優(yōu)先的，每個(gè)摩擦納米發(fā)電機(jī)的第一摩擦層和第二摩擦層相對(duì) 的表面面積相當(dāng)，通過調(diào)整活動(dòng)塊在密封外殼空腔中的位置，可以使兩個(gè)摩擦層在接觸時(shí) 能夠有最大的接觸面積。
[0077] 摩擦納米發(fā)電機(jī)的第一電極層除了如圖3中直接設(shè)置在密封外殼的內(nèi)表面外，也 可以設(shè)置在密封外殼內(nèi)部與密封外殼不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)位置改變的結(jié)構(gòu)上。
[0078] 由于對(duì)于這種接觸式摩擦發(fā)電機(jī)，有效電荷轉(zhuǎn)移主要發(fā)生在摩擦層接近電極層的 區(qū)域，因此兩個(gè)摩擦層12與22的距離不宜過大，為了調(diào)節(jié)兩個(gè)摩擦層12與22的距離，可 以在密封外殼10內(nèi)部安置與密封外殼10相對(duì)位置固定的結(jié)構(gòu)例如支架23,將第一電極層 11與第一摩擦層12固定到支架23上，實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸式的摩擦納米發(fā)電機(jī)兩個(gè)摩擦層之間空 氣間隙的優(yōu)化，該空氣間隙厚度優(yōu)選為摩擦層厚度的2-10倍。
[0079] 本實(shí)用新型的發(fā)電系統(tǒng)中，多個(gè)發(fā)電單元之間可以通過任意的導(dǎo)電的連接線進(jìn)行 連接，連接線表面有不溶（腐蝕）于應(yīng)用的液體的絕緣材料，為了增加不同發(fā)電單元的連接 性，也可以另外增加絕緣材料對(duì)發(fā)電單元進(jìn)行連接，例如絕緣線或帶。為了獲得較高的系統(tǒng) 輸出電流，優(yōu)選將發(fā)電系統(tǒng)中的若干個(gè)發(fā)電單元進(jìn)行并聯(lián)，為外電路提供電源。多個(gè)發(fā)電單 元連接形成的網(wǎng)絡(luò)，可以為不規(guī)則結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，也可以為規(guī)則結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)選為單層或者 多層的層狀網(wǎng)絡(luò)，更優(yōu)選為每層的結(jié)構(gòu)相同。
[0080] 優(yōu)選的，在多個(gè)發(fā)電單元連接形成的單層網(wǎng)絡(luò)中還包括兩組總線，每組總線中包 括至少一條總線，每組中的多條總線互相電連接，發(fā)電單元的兩個(gè)輸出端分別電連接在兩 組總線上。參見圖1，發(fā)電系統(tǒng)包括8個(gè)發(fā)電單元，按照4行2列的陣列形式排列形成網(wǎng)絡(luò)； 還包括第一組總線和第二組總線，其中，第一組總線包括兩條總線L10和L11，總線L10和 L11通過第一互連線C11、C12和C13電連接；第二組總線包括兩條總線L20和L21，總線L20 和L21通過第二互連線C21和C22電連接。這里總線之間連接的互連線的條數(shù)不作特別 限定，一條或者多條互連線對(duì)于電連接的作用相同，這里設(shè)置多條互連線，為了增加連接形 成網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)度。8個(gè)發(fā)電單元中，第一列的四個(gè)發(fā)電單元A1、A2、A3和A4的第一輸出端B1 均電連接至第一組總線中的總線L10，第二輸出端B2均電連接至第二組總線中的總線L20 ; 第二列的四個(gè)發(fā)電單元A5、A6、A7和A8的第一輸出端B1均電連接至第一組總線中的總線 L11，第二輸出端B2均電連接至第二組總線中的總線L21，這樣的連接使8個(gè)發(fā)電單元實(shí)現(xiàn) 了并聯(lián)連接。
[0081] 優(yōu)選的，總線和互連線直接將多個(gè)發(fā)電單元連接形成單層網(wǎng)絡(luò)，總線和互連線均 采用可以隔絕液體如海水的具有絕緣包覆層的導(dǎo)線。第一組總線和第二組總線為發(fā)電系統(tǒng) 的輸出端。如果每組總線有多根，同一組總線中相鄰的總線每隔一定間距可以用密封的連 接線相連，形成圖1所示單層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
[0082] 圖1中，每組總線中的所有總線近似平行，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)每組總線中的總線也可 以不平行，甚至每組中的總線可以互相交錯(cuò)，或者兩組總線互相交錯(cuò)。
[0083] 實(shí)施例二：
[0084] 實(shí)施例一中的發(fā)電單元，納米發(fā)電機(jī)也可以采用靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)，采用靜電 感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)的發(fā)電單元的典型結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括具有空腔的密封外殼30、一個(gè)可 在密封外殼的空腔中自由移動(dòng)的絕緣滑動(dòng)體41、固定在密封外殼內(nèi)壁上的兩個(gè)電極31和 32,以及被密封外殼密封的一個(gè)整流部件（圖4中未不出），第一電極31與第二電極32間 有一定間距，使滑動(dòng)體41在密封外殼的空腔中移動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)體41不同時(shí)與兩個(gè)電極層接 觸。將兩個(gè)電極各自通過導(dǎo)線連至整流部件的輸入端，整流部件的輸出端引出密封外殼作 為發(fā)電單元的輸出端?；瑒?dòng)體41可以通過與任意一個(gè)電極接觸而發(fā)生摩擦帶電。當(dāng)多個(gè) 發(fā)電單元連接形成的網(wǎng)絡(luò)狀發(fā)電系統(tǒng)受到液體波動(dòng)作用而發(fā)生形狀改變時(shí)，發(fā)電單元的密 封外殼30發(fā)生晃動(dòng)，帶電的滑動(dòng)體41可以在兩個(gè)電極間來(lái)回滑動(dòng)或者滾動(dòng)，由于靜電感應(yīng) 作用，驅(qū)動(dòng)電子通過外部負(fù)載在兩個(gè)電極間流動(dòng)，產(chǎn)生交流電，交流電經(jīng)過整流部件后變?yōu)?直流電，多個(gè)發(fā)電單元進(jìn)行并聯(lián)連接后的發(fā)電系統(tǒng)可以將液體表面的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢灾?接實(shí)用電能。
[0085] 本實(shí)施例中，靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)包括兩個(gè)電極31和32與滑動(dòng)體41，納米發(fā)電 機(jī)整體被密封在密封外殼30中，所有結(jié)構(gòu)（31、32以及41)都設(shè)置在密封外殼30的空腔 中。與實(shí)施例一中相同，發(fā)電單元中的整流部件，可以設(shè)置在密封外殼的空腔中，也可以直 接密封在外殼材料中，具體位置不作為對(duì)本實(shí)用新型的限定，只需保證靜電感應(yīng)納米發(fā)電 機(jī)的兩個(gè)電極的輸出信號(hào)經(jīng)過整流部件的整流后變?yōu)橹绷餍盘?hào)，便于多個(gè)單元之間的并聯(lián) 連接。整流部件可以選擇全橋整流器等常用的整流部件。
[0086] 發(fā)電單元中整流部件的個(gè)數(shù)不少于納米發(fā)電機(jī)的個(gè)數(shù)，優(yōu)選為納米發(fā)電機(jī)的個(gè)數(shù) 與整流部件的個(gè)數(shù)相等，使每個(gè)納米發(fā)電機(jī)與每個(gè)整流部件一一對(duì)應(yīng)的連接，這樣可以使 每個(gè)納米發(fā)電機(jī)的輸出經(jīng)過一個(gè)整流部件的整流，納米發(fā)電機(jī)的輸出信號(hào)之間互相不會(huì)產(chǎn) 生影響。
[0087] 兩個(gè)電極31和41的材料選擇可以與實(shí)施例一中摩擦納米發(fā)電機(jī)的電極層材料相 同。兩個(gè)電極31和32之間的距離范圍優(yōu)選為lmm-lm，優(yōu)選為3mm-10cm。
[0088] 圖4所示的發(fā)電單元中，僅包括一個(gè)靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)，在其他實(shí)施例中，發(fā)電 單元的密封外殼內(nèi)可以包括多個(gè)靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)。圖5所示，發(fā)電單元中包括兩個(gè)靜 電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)，兩個(gè)靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)共用一個(gè)絕緣滑動(dòng)體41，四個(gè)電極設(shè)置在所 述密封外殼30內(nèi)壁的一個(gè)平面上，兩個(gè)靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)的兩個(gè)電極（電極31和32,電 極33和34)中心的連線相交，優(yōu)選為互相垂直相交，這樣可以收集滑動(dòng)體41在多個(gè)方向振 動(dòng)產(chǎn)生的能量。參見圖5中，一個(gè)靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)的兩個(gè)電極31和32中心的連線，與 另一個(gè)靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)的兩個(gè)電極33和34的連線互相垂直相交。電極31，32, 33, 34 的長(zhǎng)度優(yōu)選為與30底面邊長(zhǎng)的0. 7-0. 9倍，寬度優(yōu)選為與滑動(dòng)體41的尺寸接近。不同組發(fā) 電機(jī)之間的電極距離并無(wú)特定要求（如31與33、34的距離），只要不接觸即可。31與32間 的距離優(yōu)選為30底面邊長(zhǎng)的0. 7-0. 9倍。相鄰兩個(gè)條狀電極之間的距離優(yōu)選為0. lmm-lm。
[0089] 圖6和圖7顯示了另外一種靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)的典型結(jié)構(gòu)，發(fā)電單元的密封外 殼50的內(nèi)壁至少具有一個(gè)平面，靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)為：設(shè)置在所述平面上的 兩組電極，每組電極中至少包括一個(gè)條狀電極并且互相電連接，所述兩組電極的條狀電極 交替排列，兩組電極中的所有條狀電極基本平行排列，本實(shí)施例中以每組包括兩個(gè)條狀電 極為例，第一組電極為電極51和53互相電連接形成引出端G1，第二組電極為電極52和54 互相電連接形成引出端G2,參見圖7中（a)圖，兩組條狀電極交替排列，并且互相等距平行 排列。一個(gè)可在所述密封外殼50的空腔中自由移動(dòng)的絕緣滑動(dòng)體60,當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)受到液體 波動(dòng)作用而發(fā)生形狀改變時(shí)，密封外殼50發(fā)生晃動(dòng)，帶電的滑動(dòng)體60在兩組電極間滑動(dòng)或 者滾動(dòng)，由于靜電感應(yīng)作用，驅(qū)動(dòng)電子在兩組電極間流動(dòng)。輸出端G1和G2為靜電感應(yīng)納米 發(fā)電機(jī)的輸出端。
[0090] 對(duì)于密封外殼50的內(nèi)壁具有面對(duì)面的第一平面和第二平面的情況，可以在兩個(gè) 平面上分別設(shè)置上述的靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)，并且兩個(gè)靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)共用一個(gè)滑動(dòng) 體，設(shè)置在第一平面上的兩組電極（參見圖7中（a)圖）與設(shè)置在第二平面上的兩組電極 (參見圖7中（b)圖）的排列方向互相垂直。當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)受到液體波動(dòng)作用而發(fā)生形狀改 變時(shí)，密封外殼50發(fā)生晃動(dòng)，帶電的滑動(dòng)體60在密封外殼50內(nèi)滑動(dòng)或者滾動(dòng)，由于靜電感 應(yīng)作用，驅(qū)動(dòng)電子在第一平面上的兩組電極間和/或第二平面上的兩組電極間流動(dòng)。這樣 結(jié)構(gòu)的發(fā)電單元中，無(wú)論滑動(dòng)體在哪個(gè)方向滑動(dòng)或者滾動(dòng)，都可以在發(fā)電機(jī)的輸出端形成 電流輸出。條狀電極51、52、53、54間的間隔應(yīng)在0.1111111-1111的范圍內(nèi)，優(yōu)選1111111-1〇11。條狀 電極51、52、53、54的長(zhǎng)度優(yōu)選為與50的邊長(zhǎng)接近，寬度優(yōu)選為與滑動(dòng)體60的尺寸接近或 略大。
[0091] 靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)中的，滑動(dòng)體41或60除了可以通過與任意一個(gè)電極接觸而 發(fā)生摩擦帶電外，也可以在與電極接觸前預(yù)先通過注入等方式，使滑動(dòng)體帶有電荷?；瑒?dòng) 體需要具有較好的靜電荷保持能力，因此可以從絕緣體材料和半導(dǎo)體材料中選擇，可選用 一些常用的有機(jī)聚合物材料和天然材料，包括：絕緣氧化物、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、 聚酰亞胺、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、苯胺甲醛樹脂、聚甲醛、乙基纖維 素、聚酰胺、三聚氰胺甲醛、聚乙二醇丁二酸酯、纖維素、纖維素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、 聚鄰苯二甲酸二烯丙酯、再生纖維素海綿、聚氨酯彈性體、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯-丙 烯腈共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、聚酰胺尼龍11、聚酰胺尼龍66、羊毛及其織物、蠶絲及 其織物、紙、人造纖維、棉及其織物、木頭、硬橡膠、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚異丁 烯、聚氨酯彈性體、聚氨酯柔性海綿、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇縮丁醛、酚醛樹脂、 氯丁橡膠、丁二烯丙烯共聚物、天然橡膠、聚丙烯腈、聚（偏氯乙烯-co-丙烯腈）、聚乙烯丙 二酚碳酸鹽，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚 丙烯腈、醋酸酯、聚雙苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚三氟氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、 聚氯乙烯和派瑞林，包括派瑞林C、派瑞林N、派瑞林D、派瑞林HT或派瑞林AF4。優(yōu)選能夠 "準(zhǔn)永久"地保持靜電荷的駐極體材料，例如聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、石英、全氟環(huán)狀聚 合物等?；瑒?dòng)體可以為球形、柱形、多面體等結(jié)構(gòu)，優(yōu)選為易于在密封外殼中滾動(dòng)的形狀，以 減小滑動(dòng)體與密封外殼或者電極之間的摩擦力，提高發(fā)電單元的發(fā)電效率。
[0092] 除摩擦納米發(fā)電機(jī)和靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)兩種典型結(jié)構(gòu)，其他結(jié)構(gòu)的納米發(fā)電機(jī) 都可以適用于本實(shí)用新型的發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電單元。
[0093] 本實(shí)用新型的發(fā)電系統(tǒng)中，為了把納米發(fā)電機(jī)發(fā)出的電流引出發(fā)電單元，需要插 入兩根導(dǎo)線到密封外殼中，導(dǎo)線一端與密封外殼密封的整流部件的輸出端相連，另一端為 發(fā)電單元的輸出端與總線相連。導(dǎo)線接口處需要采用密封處理，常見的處理方法可以采用 防水密封脂類物質(zhì)進(jìn)行處理。
[0094] 實(shí)施例一中的發(fā)電系統(tǒng)，由多個(gè)發(fā)電單元構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)僅為單層結(jié)構(gòu)，能夠吸收的 主要是一薄層液體波動(dòng)的能量（比如海水表面的能量），而洋流的能量有效深度可以達(dá)到 200米，采用這種單層結(jié)構(gòu)的發(fā)電系統(tǒng)來(lái)收集海水洋流的能量，大量的底層海水的能量被浪 費(fèi)。
[0095] 實(shí)施例三：
[0096] 本實(shí)施例的發(fā)電系統(tǒng)，多個(gè)發(fā)電單元構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)為包括多個(gè)發(fā)電層的多層結(jié)構(gòu)， 相鄰兩層之間通過連接線互相連接形成網(wǎng)絡(luò)式結(jié)構(gòu)。參見圖8,以發(fā)電系統(tǒng)為三層結(jié)構(gòu)、每 層包括9個(gè)發(fā)電單元形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為例，第一發(fā)電層T1、第二發(fā)電層T2和第三發(fā)電 層T3的結(jié)構(gòu)均與實(shí)施例一中的網(wǎng)絡(luò)類似，均由9個(gè)發(fā)電單元按照3行3列的陣列形式通過 兩組總線并聯(lián)形成，第一發(fā)電層T1與第二發(fā)電層T2之間通過第一組連接線連接，第二發(fā)電 層T2與第三發(fā)電層T3之間通過第二組連接線連接。第一組連接線和第二組連接線將多層 發(fā)電層連接形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以為導(dǎo)電連接線，也可以為絕緣連接線，優(yōu)選為柔性連接 線，當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)受到波動(dòng)液體的作用時(shí)，發(fā)電單元形成的多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以發(fā)生多個(gè)維度 的形狀改變，能夠收集液體波動(dòng)的三維機(jī)械能。
[0097] 多層結(jié)構(gòu)的發(fā)電系統(tǒng)中，每個(gè)發(fā)電層的兩組總線可以單獨(dú)連接至外電路，也可以 將多個(gè)發(fā)電層進(jìn)行并聯(lián)，使發(fā)電系統(tǒng)中的所有發(fā)電單元并聯(lián)連接。參見圖8，第一組連接線 中包括多條導(dǎo)電的第一連接線C1，其中，部分第一連接線C1的兩端連接在相鄰兩個(gè)發(fā)電層 T1和T2的第一組總線上，另一部分第一連接線C1的兩端連接在相鄰兩個(gè)發(fā)電層T1和T2 的第二組總線上，使第一發(fā)電層T1和第二發(fā)電層T2中的發(fā)電單元并聯(lián)。同樣，第二組連接 線中包括多條導(dǎo)電的第二連接線C2,其中，部分第二連接線C2的兩端連接在相鄰兩個(gè)發(fā)電 層T2和T3的第一組總線上，另一部分第二連接線C2的兩端連接在相鄰兩個(gè)發(fā)電層T2和 T3的第二組總線上，使第二發(fā)電層T2和第三發(fā)電層T3中的發(fā)電單元并聯(lián)。
[0098] 圖8所示發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)電的第一連接線和第二連接線，既是將相鄰兩層 發(fā)電層的發(fā)電單元進(jìn)行并聯(lián)的導(dǎo)線，同時(shí)還是連接相鄰兩個(gè)發(fā)電層使各層實(shí)現(xiàn)電連接的連 接線。
[0099] 為了讓整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)懸浮在液體中，發(fā)電單元的密封外殼上還可以附著有配重 體，配重體的作用在于調(diào)節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的平均密度，使其接近于周圍液體的密度，調(diào)節(jié)密度的 方法包括在密封外殼上附著鍍上密度較大的耐海水腐蝕的材料，如陶瓷材料等。發(fā)電系統(tǒng) 的懸浮深度可以從lcm-200m，此時(shí)每個(gè)密封的發(fā)電單元應(yīng)確?？傮w密度接近所懸浮液體的 密度。
[0100] 為了防止發(fā)電系統(tǒng)在液體流動(dòng)時(shí)隨著液體漂走，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀的發(fā)電系統(tǒng)需要固定 在一個(gè)固定的物體上，常用的固定方法可以采用連接到海洋/河流底部固定的地方上。 [0101] 無(wú)論是單層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的發(fā)電系統(tǒng)，還是多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電單元的整 體形狀可選為任何密封的體機(jī)構(gòu)，如長(zhǎng)方體，立方體，球體，圓柱體等。在每個(gè)維度，尺寸可 選范圍為lcm-lm，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時(shí)相鄰兩個(gè)密封的發(fā)電單元間隔依據(jù)該方向的密封外殼的 尺寸來(lái)選擇，間隔優(yōu)選為密封外殼尺寸的〇. 1倍至100倍。
[0102] 整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能，可以通過經(jīng)過電源逆變器，變壓后產(chǎn)生適用于電網(wǎng)的 交流電直接輸送到電網(wǎng)中。
[0103] 對(duì)于遠(yuǎn)離電網(wǎng)的孤立發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能也可以并不直接輸送到電網(wǎng) 中，而是在兩組總線間連接蓄電池/電池組，用來(lái)存儲(chǔ)產(chǎn)生的電能，然后提供給負(fù)載使用。 還可以在蓄電池/電池組的兩端并聯(lián)電壓調(diào)整器，電壓調(diào)整器主要用來(lái)防止對(duì)充電電池組 的過充。
[0104] 以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何形式上 的限制。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案范圍情況下，都可利用 上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為 等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的 技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù) 方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種適用于波動(dòng)液體發(fā)電的納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括多個(gè)發(fā)電單元，每個(gè)所 述發(fā)電單元中包括密封外殼，密封外殼中封裝有至少一個(gè)納米發(fā)電機(jī)以及不少于納米發(fā)電 機(jī)個(gè)數(shù)的整流部件，每個(gè)納米發(fā)電機(jī)連接一個(gè)整流部件；其中，多個(gè)所述發(fā)電單元互相連接 形成網(wǎng)絡(luò)，所述網(wǎng)絡(luò)的形狀能夠隨著液體的波動(dòng)而變化，帶動(dòng)所述發(fā)電單元中的納米發(fā)電 機(jī)向所述整流部件輸出電信號(hào)；所述發(fā)電單元中的全部所述整流部件的輸出端并聯(lián)后引出 所述密封外殼作為所述發(fā)電單元的輸出端。
2. 如權(quán)利要求1所述的適用于波動(dòng)液體發(fā)電的納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，多個(gè)所述 發(fā)電單元互相連接形成的網(wǎng)絡(luò)為單層結(jié)構(gòu)。
3. 如權(quán)利要求1所述的適用于波動(dòng)液體發(fā)電的納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，多個(gè)所述 發(fā)電單元互相連接形成的網(wǎng)絡(luò)為包括多個(gè)發(fā)電層的多層結(jié)構(gòu)，相鄰兩層之間通過連接線互 相連接形成所述網(wǎng)絡(luò)。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的適用于波動(dòng)液體發(fā)電的納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā) 電系統(tǒng)中每層還包括兩組總線，每組總線中包括至少一條總線，每組中的多條總線通過互 連線互相電連接，所述發(fā)電單元的兩個(gè)輸出端分別電連接在兩組總線上。
5. 如權(quán)利要求2或3所述的適用于波動(dòng)液體發(fā)電的納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā) 電系統(tǒng)中每層的所述發(fā)電單元，按照陣列形式排列形成單層網(wǎng)絡(luò)。
6. 如權(quán)利要求4所述的適用于波動(dòng)液體發(fā)電的納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述連接 線為導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，用來(lái)將多個(gè)發(fā)電單元連接到所述總線或互連線，以形成所述網(wǎng)絡(luò)，使所有發(fā) 電單元的輸出端并聯(lián)連接。
7. 如權(quán)利要求1所述的適用于波動(dòng)液體發(fā)電的納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述納米 發(fā)電機(jī)包括： 第一電極層，設(shè)置在所述密封外殼內(nèi)表面或密封外殼內(nèi)部與密封外殼相對(duì)位置固定的 結(jié)構(gòu)上； 第一摩擦層，接觸設(shè)置在所述第一電極層上； 活動(dòng)塊，彈性連接在所述密封外殼內(nèi)，所述活動(dòng)塊的外表面為絕緣材料； 第二電極層，設(shè)置在所述活動(dòng)塊外表面； 第二摩擦層，接觸設(shè)置在所述第二電極層上，所述第一摩擦層與第二摩擦層面對(duì)面設(shè) 置；第一摩擦層與第二摩擦層的材料存在得失電子能力差異； 當(dāng)多個(gè)發(fā)電單元連接形成的網(wǎng)絡(luò)在液體波動(dòng)的作用下改變形狀時(shí)，所述活動(dòng)塊能夠在 密封外殼圍成的空腔內(nèi)移動(dòng)，帶動(dòng)所述發(fā)電單元產(chǎn)生晃動(dòng)或者傾斜，在所述彈性結(jié)構(gòu)的作 用下活動(dòng)塊在密封外殼圍成的空腔內(nèi)移動(dòng)，使第一摩擦層與第二摩擦層發(fā)生接觸分離的運(yùn) 動(dòng)，在所述第一電極層與第二電極層之間產(chǎn)生電勢(shì)差。
8. 如權(quán)利要求7所述的適用于波動(dòng)液體發(fā)電的納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電 單元的密封外殼圍成的空腔為多面體、球體或柱體，在所述空腔內(nèi)設(shè)置多個(gè)納米發(fā)電機(jī)，所 述活動(dòng)塊的外表面為多面體、球體或柱體，每個(gè)所述納米發(fā)電機(jī)的第一電極層設(shè)置在密封 外殼的一個(gè)內(nèi)表面或內(nèi)部與密封外殼不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)位置改變的結(jié)構(gòu)的一個(gè)表面上，第二電 極層設(shè)置在活動(dòng)塊的一個(gè)外表面。
9. 如權(quán)利要求8所述的適用于波動(dòng)液體發(fā)電的納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電 單元的密封外殼圍成的空腔為六面體，在所述空腔的一個(gè)內(nèi)表面采用彈簧連接所述活動(dòng) 塊。
10. 如權(quán)利要求7-9任一項(xiàng)所述的適用于波動(dòng)液體發(fā)電的納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一摩擦層與第二摩擦層為絕緣體、半導(dǎo)體或者導(dǎo)體材料。
11. 如權(quán)利要求7-9任一項(xiàng)所述的適用于波動(dòng)液體發(fā)電的納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一摩擦層或第二摩擦層為導(dǎo)體材料；所述導(dǎo)體材料的摩擦層代替與其接觸設(shè)置的電 極層。
12. 如權(quán)利要求7-9任一項(xiàng)所述的適用于波動(dòng)液體發(fā)電的納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一摩擦層和第二摩擦層的厚度為100納米至1毫米；第一摩擦層與第二摩擦層相對(duì) 的表面形狀和尺寸相當(dāng)或者相等。
13. 如權(quán)利要求7-9任一項(xiàng)所述的適用于波動(dòng)液體發(fā)電的納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一電極層和第二電極層的厚度為5納米至1厘米。
14. 如權(quán)利要求7-9任一項(xiàng)所述的適用于波動(dòng)液體發(fā)電的納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一摩擦層面向第二摩擦層的表面和/或所述第二摩擦層面向所述第一摩擦層的表 面，部分或者全部具有微米或次微米量級(jí)的微結(jié)構(gòu)或者納米材料的點(diǎn)綴或涂層。
15. 如權(quán)利要求1所述的適用于波動(dòng)液體發(fā)電的納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電 單元中的納米發(fā)電機(jī)為靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)，具體結(jié)構(gòu)為： 固定在所述密封外殼內(nèi)壁上的兩個(gè)電極； 一個(gè)可在所述密封外殼的空腔中自由移動(dòng)的絕緣滑動(dòng)體； 當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)受到液體波動(dòng)作用而發(fā)生形狀改變時(shí)，所述密封外殼發(fā)生晃動(dòng)，帶電的所 述滑動(dòng)體在兩個(gè)電極間來(lái)回滑動(dòng)或者滾動(dòng)，由于靜電感應(yīng)作用，驅(qū)動(dòng)電子在兩個(gè)電極間流 動(dòng)。
16. 如權(quán)利要求15所述的適用于波動(dòng)液體發(fā)電的納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述兩 個(gè)電極之間的距離范圍為lmm-lm。
17. 如權(quán)利要求15所述的適用于波動(dòng)液體發(fā)電的納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā) 電單元中包括兩個(gè)所述靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)，其中，兩個(gè)靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)共用一個(gè)所 述絕緣滑動(dòng)體，四個(gè)電極設(shè)置在所述密封外殼內(nèi)壁的一個(gè)平面上，兩個(gè)靜電感應(yīng)納米發(fā)電 機(jī)的兩個(gè)電極中心的連線相交。
18. 如權(quán)利要求1所述的適用于波動(dòng)液體發(fā)電的納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述密封 外殼的內(nèi)壁至少具有一個(gè)平面，所述發(fā)電單元中的納米發(fā)電機(jī)為靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)，具 體結(jié)構(gòu)為： 固定在所述平面上的兩組電極，每組電極中至少包括一個(gè)條狀電極并且互相電連接， 所述兩組電極的條狀電極交替排列，兩組電極中的所有條狀電極平行排列； 一個(gè)可在所述密封外殼的空腔中自由移動(dòng)的絕緣滑動(dòng)體； 當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)受到液體波動(dòng)作用而發(fā)生形狀改變時(shí)，所述密封外殼發(fā)生晃動(dòng)，帶電的所 述滑動(dòng)體在所述兩組電極間滑動(dòng)或者滾動(dòng)，由于靜電感應(yīng)作用，驅(qū)動(dòng)電子在兩組電極間流 動(dòng)。
19. 如權(quán)利要求18所述的適用于波動(dòng)液體發(fā)電的納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述密 封外殼的內(nèi)壁具有面對(duì)面的第一平面和第二平面，在兩個(gè)平面上分別設(shè)置所述的靜電感應(yīng) 納米發(fā)電機(jī)，其中，兩個(gè)靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)共用一個(gè)所述滑動(dòng)體，固定在所述第一平面上 的兩組電極與固定在第二平面上的兩組電極的排列方向互相垂直。
20. 如權(quán)利要求18或19所述的適用于波動(dòng)液體發(fā)電的納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所 述兩組電極的所有條狀電極等距排列，距離范圍為0. lmm-lm。
21. 如權(quán)利要求16-19任一項(xiàng)所述的適用于波動(dòng)液體發(fā)電的納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在 于，所述滑動(dòng)體通過與任意一個(gè)電極接觸發(fā)生摩擦而帶電；或者，所述滑動(dòng)體在與所述電極 接觸前即帶有電荷。
22. 如權(quán)利要求21所述的適用于波動(dòng)液體發(fā)電的納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述滑 動(dòng)體采用駐極體材料。
23. 如權(quán)利要求16-19任一項(xiàng)所述的適用于波動(dòng)液體發(fā)電的納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在 于，所述滑動(dòng)體為多面體、柱體、球形或者橢球形。
24. 如權(quán)利要求1-3、7-9、15-19任一項(xiàng)所述的適用于波動(dòng)液體發(fā)電的納米發(fā)電系統(tǒng)， 其特征在于，所述整流部件設(shè)置在密封外殼的空腔中； 或者，所述整流部件密封在密封外殼的材料中。
25. 如權(quán)利要求24所述的適用于波動(dòng)液體發(fā)電的納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述整 流部件為全橋整流器。
26. 如權(quán)利要求1_3、7_9、15-19任一項(xiàng)所述的適用于波動(dòng)液體發(fā)電的納米發(fā)電系統(tǒng)， 其特征在于，所述發(fā)電單元在每個(gè)維度的尺寸范圍為lcm-lm，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時(shí)相鄰兩個(gè)發(fā) 電單元間隔為密封外殼尺寸的〇. 1倍至100倍。
27. 如權(quán)利要求1-3、7-9、15-19任一項(xiàng)所述的適用于波動(dòng)液體發(fā)電的納米發(fā)電系統(tǒng)， 其特征在于，所述發(fā)電單元的密封外殼上附著有配重體，所述配重體的作用在于調(diào)節(jié)發(fā)電 系統(tǒng)的平均密度。
【文檔編號(hào)】H02N1/00GK203883696SQ201420215845
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】王中林, 牛思淼 申請(qǐng)人:國(guó)家納米科學(xué)中心