本技術(shù)涉及納米發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)，特別是涉及管狀納米發(fā)電機(jī)及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、面對(duì)日漸嚴(yán)峻的能源短缺和環(huán)境污染問題，風(fēng)能、太陽能、水能等清潔能源近年來被關(guān)注。摩擦納米發(fā)電機(jī)由于體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能從環(huán)境中收集低頻機(jī)械振動(dòng)能量，從而受到廣泛關(guān)注。與固-固摩擦納米發(fā)電機(jī)相比，液-固摩擦納米發(fā)電機(jī)能夠有效減輕摩擦材料的表面磨損，無需考慮外部環(huán)境濕度的影響，且液體來源豐富（海水、河水、雨水等），具有更長(zhǎng)的使用壽命和更低的制造成本。但是現(xiàn)有的液-固摩擦納米發(fā)電機(jī)多為開放式結(jié)構(gòu)，需要外界液體持續(xù)支持，而封閉式結(jié)構(gòu)的液-固摩擦納米發(fā)電機(jī)面臨輸出電流較小的問題。

2、現(xiàn)有的液-固摩擦納米發(fā)電機(jī)從結(jié)構(gòu)上分為開放式和封閉式。開放式結(jié)構(gòu)輸出電流較大，但是需要外界環(huán)境持續(xù)支持液體，而且固體摩擦材料表面容易受到外界污染而降低輸出性能。封閉式結(jié)構(gòu)雖然能夠儲(chǔ)存液體重復(fù)使用，但是輸出電流明顯小于開放式結(jié)構(gòu)，輸出電流有待提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對(duì)現(xiàn)有的液-固摩擦納米發(fā)電機(jī)從結(jié)構(gòu)上分為開放式和封閉式。開放式結(jié)構(gòu)輸出電流較大，但是需要外界環(huán)境持續(xù)支持液體，而且固體摩擦材料表面容易受到外界污染而降低輸出性能。封閉式結(jié)構(gòu)雖然能夠儲(chǔ)存液體重復(fù)使用，但是輸出電流明顯小于開放式結(jié)構(gòu)，輸出電流有待提高的問題，提供一種管狀納米發(fā)電機(jī)及其制備方法。

2、一種管狀納米發(fā)電機(jī)，所述管狀納米發(fā)電機(jī)包括：發(fā)電板、絕緣管、背部電極、絕緣板和導(dǎo)聯(lián)組件；

3、所述絕緣管的兩端分別與所述發(fā)電板和所述絕緣板粘接，且所述發(fā)電板和所述絕緣板分別覆蓋所述絕緣管的兩端的開口，以形成封閉式管狀裝置；

4、所述背部電極粘接在所述發(fā)電板背離所述絕緣管的一側(cè)面；

5、所述封閉式管狀裝置內(nèi)裝有驅(qū)動(dòng)液體；

6、所述導(dǎo)聯(lián)組件穿設(shè)于所述封閉式管狀裝置，所述導(dǎo)聯(lián)組件的一端與所述驅(qū)動(dòng)液體連接，另一端與所述背部電極連接。

7、上述的管狀納米發(fā)電機(jī)，通過將導(dǎo)聯(lián)組件背離背部電極的一端直接與驅(qū)動(dòng)液體連接，從而可以取消其中一個(gè)背部電極?；诮缑嫘?yīng)的雙背部電極的形式，僅依靠發(fā)電板-液體表面之間的雙電層動(dòng)態(tài)變化，驅(qū)動(dòng)液體內(nèi)部無電流導(dǎo)通，產(chǎn)生的外部電路電流為微安級(jí)。相較于基于界面效應(yīng)的雙背部電極的形式，本發(fā)明基于體效應(yīng)，依靠發(fā)電板-驅(qū)動(dòng)液體以及導(dǎo)聯(lián)組件-驅(qū)動(dòng)液體之間的雙電層動(dòng)態(tài)變化，在驅(qū)動(dòng)液體接觸導(dǎo)聯(lián)組件時(shí)，驅(qū)動(dòng)液體內(nèi)部電流導(dǎo)通，管狀納米發(fā)電機(jī)整體形成電流通路，產(chǎn)生的外部電路電流為毫安級(jí)，管狀納米發(fā)電機(jī)相較于同體系的開放式石墨烯發(fā)電機(jī)以及封閉式的納米發(fā)電機(jī)，具有極強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)和極為廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景。同體系的石墨烯納米發(fā)電機(jī)無法做到大面積制備涂層，并且無法保證良品率，雙背部電極的納米發(fā)電機(jī)，無法在驅(qū)動(dòng)液體內(nèi)部形成電流。而本技術(shù)中的管狀納米發(fā)電機(jī)由于材料適用性廣，穩(wěn)定性好，相較于易損壞的石墨烯，具有極高的應(yīng)用價(jià)值，且具有較高的輸出電流。

8、在一實(shí)施例中，所述導(dǎo)聯(lián)組件包括導(dǎo)聯(lián)線和遠(yuǎn)端電極，所述遠(yuǎn)端電極穿設(shè)于所述封閉式管狀裝置，所述遠(yuǎn)端電極的一端與所述驅(qū)動(dòng)液體連接，另一端與所述導(dǎo)聯(lián)線連接，所述導(dǎo)聯(lián)線背離所述遠(yuǎn)端電極的一端與所述背部電極連接。

9、在一實(shí)施例中，所述發(fā)電板為氟化乙烯丙烯共聚物或聚四氟乙烯。

10、在一實(shí)施例中，氟化乙烯丙烯共聚物的所述發(fā)電板的厚度為0.01-10mm。

11、在一實(shí)施例中，所述驅(qū)動(dòng)液體為純水、離子液體、溶液、雨水、海水、乳濁液、懸濁液、液態(tài)金屬、液態(tài)油、有機(jī)液體中的一種。

12、在一實(shí)施例中，所述驅(qū)動(dòng)液體的體積為所述封閉式管狀裝置內(nèi)部容積的0.1%-99.9%。

13、具體地，背部電極和導(dǎo)聯(lián)線包括任何導(dǎo)電材料，優(yōu)選為銅。

14、具體地，遠(yuǎn)端電極和絕緣發(fā)電板的距離大于0，小于絕緣管內(nèi)部長(zhǎng)度。

15、具體地，遠(yuǎn)端電極可以插入絕緣管內(nèi)部，并朝向任何方向，只需滿足能夠與驅(qū)動(dòng)液體接觸即可。

16、具體地，遠(yuǎn)端電極插入絕緣管內(nèi)部的深度大于0，小于等于絕緣管內(nèi)部直徑。

17、本技術(shù)一實(shí)施例還提供一種管狀納米發(fā)電機(jī)的制備方法，用于制備所述的管狀納米發(fā)電機(jī)，所述管狀納米發(fā)電機(jī)的制備方法包括以下步驟：

18、剪裁所述發(fā)電板；

19、清洗所述發(fā)電板，并對(duì)所述發(fā)電板進(jìn)行表面處理；

20、將所述背部電極粘接在所述發(fā)電板背離所述絕緣管的一側(cè)；

21、將所述絕緣管粘接在所述發(fā)電板和所述絕緣板之間，形成封閉式管狀裝置；

22、將所述導(dǎo)聯(lián)組件穿設(shè)于所述封閉式管狀裝置，并所述導(dǎo)聯(lián)組件的一端與所述驅(qū)動(dòng)液體連接，另一端與所述背部電極連接；

23、將所述驅(qū)動(dòng)液體填充至所述封閉式管狀裝置內(nèi)。

24、在一實(shí)施例中，剪裁聚四氟乙烯的所述發(fā)電板，并對(duì)聚四氟乙烯的所述發(fā)電板進(jìn)行超聲清洗，使用摩擦充電對(duì)聚四氟乙烯的所述發(fā)電板進(jìn)行充電處理。

25、在該實(shí)施例中，首先剪裁聚四氟乙烯以形成發(fā)電板，并對(duì)聚四氟乙烯進(jìn)行超聲清洗。隨后使用摩擦充電對(duì)聚四氟乙烯的發(fā)電板進(jìn)行充電處理。將超聲清洗并表面處理后聚四氟乙烯與石英管粘接形成封閉式管狀裝置；在聚四氟乙烯的發(fā)電板背離絕緣管的一側(cè)粘接背部電極；將遠(yuǎn)端電極穿設(shè)于封閉式管狀裝置，遠(yuǎn)端電極的一端與驅(qū)動(dòng)液體連接，另一端與導(dǎo)聯(lián)線連接，導(dǎo)聯(lián)線背離遠(yuǎn)端電極的一端與背部電極連接；將驅(qū)動(dòng)液體填充至封閉式管狀裝置內(nèi)，形成管狀納米發(fā)電機(jī)。

26、在一實(shí)施例中，剪裁氟化乙烯丙烯共聚物的所述發(fā)電板，并對(duì)氟化乙烯丙烯共聚物進(jìn)行超聲清洗，使用離子槍對(duì)氟化乙烯丙烯共聚物的所述發(fā)電板進(jìn)行充電處理。

27、在該實(shí)施例中，首先剪裁氟化乙烯丙烯共聚物以形成發(fā)電板，并對(duì)氟化乙烯丙烯共聚物進(jìn)行超聲清洗。隨后使用離子槍對(duì)氟化乙烯丙烯共聚物的發(fā)電板進(jìn)行充電處理。將超聲清洗并表面處理后氟化乙烯丙烯共聚物與石英管粘接形成封閉式管狀裝置；在氟化乙烯丙烯共聚物的發(fā)電板背離絕緣管的一側(cè)粘接背部電極；將遠(yuǎn)端電極穿設(shè)于封閉式管狀裝置，遠(yuǎn)端電極的一端與驅(qū)動(dòng)液體連接，另一端與導(dǎo)聯(lián)線連接，導(dǎo)聯(lián)線背離遠(yuǎn)端電極的一端與背部電極連接；將驅(qū)動(dòng)液體填充至封閉式管狀裝置內(nèi)，形成管狀納米發(fā)電機(jī)。

28、在一實(shí)施例中，所述表面處理為不處理、摩擦充電、離子槍充電、靜電駐極、表面刻蝕微納結(jié)構(gòu)、表面化學(xué)修飾中的一種。

29、通過上述的管狀納米發(fā)電機(jī)的制備方法制備的管狀納米發(fā)電機(jī)，通過將導(dǎo)聯(lián)組件背離背部電極的一端直接與驅(qū)動(dòng)液體連接，從而可以取消其中一個(gè)背部電極。基于界面效應(yīng)的雙背部電極的形式，僅依靠發(fā)電板-液體表面之間的雙電層動(dòng)態(tài)變化，驅(qū)動(dòng)液體內(nèi)部無電流導(dǎo)通，產(chǎn)生的外部電路電流為微安級(jí)。相較于基于界面效應(yīng)的雙背部電極的形式，本發(fā)明基于體效應(yīng)，依靠發(fā)電板-驅(qū)動(dòng)液體以及導(dǎo)聯(lián)組件-驅(qū)動(dòng)液體之間的雙電層動(dòng)態(tài)變化，在驅(qū)動(dòng)液體接觸導(dǎo)聯(lián)組件時(shí)，驅(qū)動(dòng)液體內(nèi)部電流導(dǎo)通，管狀納米發(fā)電機(jī)整體形成電流通路，產(chǎn)生的外部電路電流為毫安級(jí)，管狀納米發(fā)電機(jī)，相較于同體系的開放式石墨烯發(fā)電機(jī)以及封閉式的納米發(fā)電機(jī)，具有極強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)和極為廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景。同體系的石墨烯納米發(fā)電機(jī)無法做到大面積制備涂層，并且無法保證良品率，雙背部電極的納米發(fā)電機(jī)，無法在驅(qū)動(dòng)液體內(nèi)部形成電流。而本技術(shù)中的管狀納米發(fā)電機(jī)由于材料適用性廣，穩(wěn)定性好，相較于易損壞的石墨烯，具有極高的應(yīng)用價(jià)值，且具有較高的輸出電流。