水的流速，測試了發(fā)電機的開路電壓、短路電流隨水的流速的變化。圖10中(a)是靜電誘導(dǎo)發(fā)電組件的開路電壓和短路電流隨水的流速的變化曲線。當(dāng)流速從7ml/s增加到54ml/s時，開路電壓保持在72V左右，沒有明顯變化；短路電流從4.3μ A增加到12.9μΑ。圖10中(b)是摩擦發(fā)電組件的開路電壓和短路電流隨水的流速的變化曲線。當(dāng)流速從7ml/s增加到54ml/s時，開路電壓保持在102V左右，沒有明顯變化；短路電流從0.3 μ A增加到3.8 μ Α。
[0101 ] 本發(fā)明各實施示例的發(fā)電組件輸出的電信號為交流脈沖電信號，可以在發(fā)電組件的輸出端連接全橋整流器，將發(fā)電組件的輸出信號整流為單向脈沖電信號。發(fā)電組件輸出的單向脈沖電信號，不僅可以作為脈沖電源直接應(yīng)用于電化學(xué)等領(lǐng)域，還可以用來給儲能元件充電，比如電容器或者鋰離子電池等，而儲存的電能能夠用來為便攜式小型電子設(shè)備提供電力，具有廣泛的應(yīng)用前景。也可以將靜電誘導(dǎo)發(fā)電組件和摩擦發(fā)電組件的電信號分別經(jīng)過整流后進行并聯(lián)連接，作為發(fā)電機的輸出信號，可以提供發(fā)電機的輸出電流。
[0102] 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施示例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(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)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施示例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施示例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種混合式發(fā)電機，其特征在于，包括: 公共旋轉(zhuǎn)軸； 靜電誘導(dǎo)發(fā)電組件，包括:由多個固定連接的葉片構(gòu)成葉片輪，每個所述葉片的表面與所述公共旋轉(zhuǎn)軸平行，所述葉片包括基底層和電極層；所有所述葉片的電極層均連接至等電位；所述葉片輪的葉片在受到流動液體的沖擊力時葉片輪圍繞所述公共旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，使所述葉片依次與所述液體接觸，在所述葉片的電極層與所述等電位之間產(chǎn)生電信號； 摩擦發(fā)電組件，包括:第一轉(zhuǎn)盤，由基底層、第一電極層、第一摩擦層依次層疊組成;第二轉(zhuǎn)盤，由第二基底層、第二電極層、第二摩擦層依次層疊組成；所述第一轉(zhuǎn)盤與第二轉(zhuǎn)盤相對放置使所述第一摩擦層與第二摩擦層互相接觸，并且在所述葉片輪的帶動下，所述第一轉(zhuǎn)盤相對于第二轉(zhuǎn)盤能夠以所述公共旋轉(zhuǎn)軸為軸轉(zhuǎn)動，使所述第一摩擦層與所述第二摩擦層互相滑動摩擦并且使接觸面積變化時，所述第一電極層與所述第二電極層之間有電信號輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式發(fā)電機，其特征在于，所述葉片輪的葉片還包括疏水層，所述疏水層附著在所述葉片的電極層上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的混合式發(fā)電機，其特征在于，所述葉片輪的多個葉片圍繞所述公共旋轉(zhuǎn)軸均勻分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的混合式發(fā)電機，其特征在于，所述公共旋轉(zhuǎn)軸與所述摩擦發(fā)電組件的第二轉(zhuǎn)盤固定，所述摩擦發(fā)電組件的第一轉(zhuǎn)盤與所述葉片輪固定并且圍繞所述公共旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動； 或者， 所述公共旋轉(zhuǎn)軸與所述摩擦發(fā)電組件的第一轉(zhuǎn)盤固定，所述摩擦發(fā)電組件的第一轉(zhuǎn)盤與所述葉片輪固定并且圍繞所述公共旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的混合式發(fā)電機，其特征在于，所述第一摩擦層與所述第二摩擦層表面形狀相同或互補。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的混合式發(fā)電機，其特征在于，所述摩擦發(fā)電組件的第一轉(zhuǎn)盤和第二轉(zhuǎn)盤均由多個形狀相同的扇葉組成，且兩個轉(zhuǎn)盤的扇葉數(shù)量相等。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的混合式發(fā)電機，其特征在于，所述第一轉(zhuǎn)盤的多個扇葉和第二轉(zhuǎn)盤的多個扇葉分別以所述公共旋轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)盤的交點為中心呈中心對稱分布。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的混合式發(fā)電機，其特征在于，所述葉片輪的葉片數(shù)與所述第一轉(zhuǎn)盤的扇葉數(shù)相等或者不相等。
9.根據(jù)權(quán)利要求2-8任一項所述的混合式發(fā)電機，其特征在于，葉片輪的葉片表面的疏水層由具有超疏水性質(zhì)的薄膜組成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的混合式發(fā)電機，其特征在于，所述疏水層的接觸角大于120。。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的混合式發(fā)電機，其特征在于，所述疏水層為在表面微米尺度的結(jié)構(gòu)上生長納米尺度的結(jié)構(gòu)形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11任一項所述的混合式發(fā)電機，其特征在于，所述流動的液體與所述葉片輪的葉片接觸時帶有靜電荷，所述葉片帶有的靜電荷為所述液體流動過程中與周圍的介質(zhì)摩擦所產(chǎn)生。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的混合式發(fā)電機，其特征在于，所述流動的液體為自然流動的水、下水管道中流動的廢水、輸油管道中流動的石油、大海中的洋流運動的海水或者潮汐運動的海浪。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13任一項所述的混合式發(fā)電機，其特征在于，第一摩擦層和第二摩擦層由不同的材料組成，且二者之間存在摩擦電極序差異。
15.根據(jù)權(quán)利要求2-13任一項所述的混合式發(fā)電機，其特征在于，所述第一摩擦層、第二摩擦層和/或葉片的疏水層為絕緣材料，所述絕緣材料選自下列一種或多種材料:苯胺甲醛樹脂、聚甲醛、乙基纖維素、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、聚乙二醇丁二酸酯、纖維素、纖維素醋酸酯、聚乙二醇己二酸酯、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯、再生纖維素海綿、棉及其織物、聚氨酯彈性體、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、木頭、硬橡膠、醋酸酯、人造纖維、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚酯、聚異丁烯、聚氨酯彈性海綿、聚對苯二甲酸乙二醇酯、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、聚(2，6-二甲基聚亞苯基氧化物)、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺、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。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-15任一項所述的混合式發(fā)電機,其特征在于,所述第一電極層、第二電極層和/或葉片輪的電極層材料采用金屬、合金、導(dǎo)電氧化物或有機物導(dǎo)體。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-16任一項所述的混合式發(fā)電機，其特征在于，所述第一摩擦層與第二摩擦層在轉(zhuǎn)動過程中能夠互相接觸的表面全部或部分具有納米結(jié)構(gòu)或微米結(jié)構(gòu)；所述納米結(jié)構(gòu)和微米結(jié)構(gòu)選自納米線、納米棒、納米管、納米錐、納米顆粒、納米溝槽、微米線、微米棒、微米管、微米錐、微米顆粒和微米溝槽。
18.根據(jù)權(quán)利要求1-17任一項所述的混合式發(fā)電機，其特征在于，所述第一摩擦層和/或第二摩擦層表面經(jīng)過化學(xué)改性，其中，在摩擦電極序相對為正的材料表面引入更易失電子的官能團，或者在摩擦電極序相對為負(fù)的材料表面引入更易得電子的官能團；或者，在極性為正的材料表面引入正電荷，在極性為負(fù)的材料表面引入負(fù)電荷。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-18任一項所述的混合式發(fā)電機，其特征在于，所述等電位為地電位或者等電位源電路。
20.根據(jù)權(quán)利要求1-19任一項所述的混合式發(fā)電機，其特征在于，所述靜電誘導(dǎo)發(fā)電組件和所述摩擦發(fā)電組件的電信號分別經(jīng)過整流后進行并聯(lián)連接。
21.根據(jù)權(quán)利要求1-20任一項所述的混合式發(fā)電機，其特征在于，所述轉(zhuǎn)盤和葉片輪的直徑范圍為1-1OOOmm ; 和/或， 所述第一基底層、第二基底層和葉片的基底層的厚度范圍為0.l-10mm。
22.根據(jù)權(quán)利要求2-21任一項所述的混合式發(fā)電機，其特征在于，所述疏水層的厚度范圍為 10nm-Smnin
23.一種發(fā)電方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1-20任一項所述的混合式發(fā)電機，包括步驟: 流動的液體沖擊所述靜電誘導(dǎo)發(fā)組件的葉片，使所述葉片輪圍繞所述公共旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動；所述葉片輪帶動所述摩擦發(fā)電組件的第一轉(zhuǎn)盤相對于第二轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動； 液體沖擊葉片和離開葉片，在靜電誘導(dǎo)發(fā)電機組件的葉片的電極層與等電位之間產(chǎn)生交變的電信號；第一摩擦層與第二摩擦層互相滑動摩擦在所述第一電極層和第二電極層之間產(chǎn)生交變電信號。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種混合式發(fā)電機和發(fā)電方法，發(fā)電機包括公共旋轉(zhuǎn)軸、靜電誘導(dǎo)發(fā)電組件和摩擦發(fā)電組件，靜電誘導(dǎo)發(fā)電組件的葉片輪在流動液體的作用下轉(zhuǎn)動時，帶動摩擦發(fā)電組件的兩個轉(zhuǎn)盤互相轉(zhuǎn)動，兩個轉(zhuǎn)盤的兩個摩擦層互相滑動摩擦使接觸面積發(fā)生變化，使摩擦發(fā)電組件的兩個電極層輸出電信號，表面帶有靜電荷的液體與靜電誘導(dǎo)發(fā)電組件的葉片接觸后離開，在葉片的電極層與地電位之間產(chǎn)生電信號。摩擦發(fā)電組件，將水流的機械動能轉(zhuǎn)化為電能；靜電誘導(dǎo)發(fā)電組件收集流動液體中的靜電能，本發(fā)明的混合式發(fā)電機能同時收集流動液體中的靜電能和機械能，為綜合利用流動液體中的多種形式的能量提供了途徑。
【IPC分類】H02N11-00
【公開號】CN104779835
【申請?zhí)枴緾N201410016574
【發(fā)明人】程綱, 林宗宏, 王中林
【申請人】北京納米能源與系統(tǒng)研究所
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2014年1月14日