一种陶瓷压电发电系统的制作方法

本发明涉及陶瓷压电发电
技术领域：
，尤其涉及一种陶瓷压电发电系统。
背景技术：
能源是人类活动的物质基础，在某种意义上讲，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。在当今世界，能源的发展，能源和环境，是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题。能源危机是指因为能源供应短缺或是价格上涨而影响经济。这通常涉及到石油、电力或其他自然资源的短缺。能源危机通常会造成经济衰退。能源危机迫在眉睫，所以我们应该积极寻找对策，克服能源危机的出路。大力发展可再生能源，用可再生能源和原料全面取代生化资源，进行一场新的工业革命，不仅是出于生存的原因；与之相连的是世界经济可获得持续的发展。而在这场新型的“工业革命”中，新能源无疑具有开拓性的重要意义。正因为如此，当代科学家与环境学家正不遗余力地展开对新能源的研究。新能源又称非常规能源。是指传统能源之外的各种能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。新能源的各种形式都是直接或者间接地来自于太阳或地球内部伸出所产生的热能。包括了太阳能、风能、生物质能、地热能、核聚变能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量。也可以说，新能源包括各种可再生能源和核能。相对于传统能源，新能源普遍具有污染少、储量大的特点，对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源(特别是化石能源)枯竭问题具有重要意义。同时，由于很多新能源分布均匀，对于解决由能源引发的战争也有着重要意义。如果能对运动物体的动能进行收集存储，并应用到诸如路灯等需要公共照明的场所，将会为社会节省一大批能源。技术实现要素：本发明的目的就是克服现有技术中存在的不足，提供一种适用范围广、耐久性好的陶瓷压电发电系统。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种陶瓷压电发电系统，包括压电组合板，所述压电组合板的下板面连接滑动导柱，所述滑动导柱的下端滑动设置在基础柱上的导孔内，所述滑动导柱上套设有复位弹簧，所述复位弹簧的上下端分别与压电组合板下板面及基础柱上板面抵靠，基础柱固定在基础上；所述压电组合板包括直接与滑动导柱连接的基板和最上层的缓冲板，以及两者之间的压电陶瓷板，三者之间胶接，且三者的刚度由下到上依次减小；所述压电组合板两极的导线分别与整流电路的两端连接，所述整流电路还与储能电源连接。优选的，所述储能电源上还并联有电容器。优选的，所述电容器包括壳体，所述壳体上设置有盖体，所述壳体内设置有插接极片段，所述插接极片段的一端设置有固定极片段，所述固定极片段的一端设置有锁紧极片段，所述锁紧极片段的一端设置有外连接极片段，所述插接极片段与固定极片段整体构成呈“l”形折板状，所述锁紧极片段整体呈“u”形。优选的，所述插接极片段的一侧设置有第一卡槽，所述第一卡槽的槽底设置有第一凸点，所述第一凸点沿着第一卡槽的槽长方向间隔设置多个，所述第一凸点的截面呈直角梯形。所述固定极片段上设置有螺纹孔，所述螺纹孔孔口设置有垫片。优选的，所述锁紧极片段的底部板面设置有第二凸点，所述第二凸点沿着底部板面的长度方向间隔设置多个，所述第二凸点的截面呈三角形。所述外连接极片段的两侧分别设置有第二卡槽。优选的，所述插接极片段的一端与固定极片段之间圆弧过渡，所述固定极片段与锁紧极片段之间圆弧过渡，所述锁紧极片段与外连接极片段之间圆弧过渡。优选的，所述压电组合板的下板面、电容器外表面、储能电源外表面中的至少一处设置有散热涂层，所述散热涂层由如下方法加工获得：按溶液体积份数，由13～30％的二氧化硅溶胶、13～30％的氧化石墨烯分散液、40～75％的聚苯乙烯乳液组成涂料，且所述二氧化硅溶胶与氧化石墨烯分散液等体积；然后将待处理部件表面的空洞进行封盖保护后浸入所述涂料中，8～10min后取出，取出时间≤10s，在室温下干燥；重复上述操作3次，干燥后在300℃下进行热处理，即得散热涂层。优选的，所述二氧化硅溶胶的制备方法为：将正硅酸己酯加入无水乙醇中，搅拌均匀，加入浓氨水，45℃下搅拌12h，再加入乙烯基三乙氧基硅烷，即得二氧化硅溶胶；其中，按体积份数，正硅酸己酯：无水乙醇：浓氨水：a-151＝10：50～120：2～5:1；优选的，所述氧化石墨烯分散液的制备方法为：按重量，将1份氧化石墨烯加入20～30份去离子水中，功率60w超声处理3h，即得氧化石墨烯分散液。优选的，所述聚苯乙烯乳液的制备方法为：将苯乙烯单体加入去离子水中，再加入失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚，充分搅拌形成乳液，所得乳液在70℃下通入氮气，再加入浓度为3％的过硫酸铵水溶液，聚合反应7h，得到聚苯乙烯乳液；其中，按重量份数，苯乙烯单体：去离子水：tween80：过硫酸铵水溶液＝1:3～7：0.05～0.10：0.1～0.3。优选的，按溶液体积份数，由22％的二氧化硅溶胶、56％的氧化石墨烯分散液、22％的聚苯乙烯乳液组成。与现有技术相比，本发明具备的技术效果为：将上述的压电组合板滑动设置在基础上方，当汽车或者行人踏压时，上述的压电陶瓷产生的电能导入上述的整流电路上进行整流以及电容器的配套使用，从而将电能存储在储能电源内，供其他使用，因此该发电系统能够有效应用到诸如路灯等需要公共照明的场所，为社会节省一大批能源。同时压电组合板、电容器、储能电源都是容易发热的部件，其表面设置有散热涂层能够明显改善散热效果，使得装置工作状态和性能更稳定。本发明能够使用到道路、普通人行道、鞋子等多种场合，利用原本被忽视和浪费的能量进行发电，提供补充电能。附图说明图1是陶瓷压电发电系统的电路结构示意图；图2是陶瓷压电发电系统的结构示意图；图3是电容器的结构示意图；图4是电容器的电极片结构示意图；图5是压电组合板的结构示意图；图6为本发明散热涂层形成前后结构示意图。具体实施方式下面结合图1至图5，对本陶瓷压电发电系统作进一步详细的说明：一种陶瓷压电发电系统，包括压电组合板10，所述压电组合板10的下板面连接滑动导柱11，所述滑动导柱11的下端滑动设置在基础柱30上的导孔内，所述滑动导柱11上套设有复位弹簧40，所述复位弹簧40的上下端分别与压电组合板10下板面及基础柱30上板面抵靠，基础柱30固定在基础20上；所述压电发电组合板10的板面水平且相对于基础20可以竖直滑动。所述压电组合板10两极的导线分别与整流电路50的两端连接，所述整流电路50还与储能电源60连接，所述储能电源60上还并联有电容器70。所述压电组合板10包括直接与滑动导柱11连接的基板101和最上层的缓冲板102，以及两者之间的压电陶瓷板103，三者之间胶接，且三者的刚度由下到上依次减小。例如用作道路上发电的时候，缓冲板102可以用减速带橡胶材料，如果是集成到鞋子上的压电发电结构则缓冲板102可以用软性织物。基板101一般就用硬的树脂或者金属。这样利用复位弹簧40和缓冲板102的双重缓冲，避免对压电陶瓷板103的物理冲击和破坏。结合图1和图2所示，将上述的压电组合板10滑动设置在基础20上方，当汽车或者行人通过时，上述的压电组合板10产生的电能导入上述的整流电路50上进行整流，从而将电能存储在储能电源60内，供其他使用，因此该发电系统能够有效应用到诸如路灯等需要公共照明的场所，为社会节省一大批能源；上述的整流电路50为桥式整流电路，能够有效实现对压电组合板10产生的电流的整流操作；该发电系统可设置在公交车的停靠站、减速带区域，或者人行道上，能够有效实现对行人或者车辆能量的利用，上述的压电组合板10设置在可升降结构上，避免压电组合板10由于应力过于集中导致的磨损、损坏问题。为避免上述电路与电容器70接电时，造成的电容器70的接头出现的松动导致的漏液问题，所述电容器70包括壳体71，所述壳体71上设置有盖体72，所述壳体72内设置有插接极片段73，所述插接极片段73的一端设置有固定极片段74，所述固定极片段74的一端设置有锁紧极片段75，所述锁紧极片段75的一端设置有外连接极片段76，所述插接极片段73与固定极片段74整体构成呈“l”形折板状，所述锁紧极片段75整体呈“u”形；上述的锁紧极片段75卡置在壳体71与盖体72之间，能够有效实现对外连接极片段76的固定，避免外连接极片段76的松动问题。进一步地，接结合3和图4所示，为进一步提高外连接极片段76的防松性能，所述插接极片段73的一侧设置有第一卡槽731，所述第一卡槽731的槽底设置有第一凸点732，所述第一凸点732沿着第一卡槽731的槽长方向间隔设置多个，所述第一凸点732的截面呈直角梯形。为实现对电极片的固定，所述固定极片段74上设置有螺纹孔741，所述螺纹孔741孔口设置有垫片742。为进一步增强锁紧极片段75的防滑性能，所述锁紧极片段75的底部板面设置有第二凸点751，所述第二凸点751沿着底部板面的长度方向间隔设置多个，所述第二凸点751的截面呈三角形。更进一步地，所述外连接极片段76的两侧分别设置有第二卡槽761；该第二卡槽761内涂设有镍及锡，从而提高通电性能。为进一步增强该电极片的强度，所述插接极片段73的一端与固定极片段74之间圆弧过渡，所述固定极片段74与锁紧极片段75之间圆弧过渡，所述锁紧极片段75与外连接极片段76之间圆弧过渡。所述压电组合板10、电容器70、储能电源60表面设置有散热涂层，所述散热涂层由如下方法加工获得：将二氧化硅溶胶、氧化石墨烯分散液、聚苯乙烯乳液混合形成涂料胶体，将待散热的载体(如压电发电组合板10的下板面)浸入涂料胶体溶液中，8～10min后取出，取出时间≤10s，以保证载体上涂层的均匀性，在室温下干燥；重复上述操作3次，干燥后在300℃下进行热处理，即得具有亲疏水性混合蜂窝状散热涂层；其中，按溶液体积份数比，二氧化硅溶胶：聚苯乙烯乳液：氧化石墨烯分散液＝13～30％:40～75％：13～30％；且二氧化硅溶胶与氧化石墨烯分散液等体积。其中，制备二氧化硅溶胶：将正硅酸己酯加入无水乙醇中，搅拌均匀后再加入浓氨水，45℃下搅拌12h，再加入乙烯基三乙氧基硅烷(a-151)，即得具有疏水性能的二氧化硅溶胶；其中，按体积份数，正硅酸己酯：无水乙醇：浓氨水：a-151＝10：50～120：2～5:1。制备氧化石墨烯分散液：将由hummers法制备的氧化石墨烯加入到去离子水中，超声处理3h(功率60w)，即得氧化石墨烯分散液；其中，按重量份数，氧化石墨烯：去离子水＝1:20～30。制备聚苯乙烯乳液：将苯乙烯单体加入去离子水中，再加入失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚(tween80)，充分搅拌形成乳液，所得乳液在70℃下通入氮气，再加入浓度为3％的过硫酸铵水溶液，聚合反应7h，得到聚苯乙烯乳液；其中，按重量份数，苯乙烯单体：去离子水：tween80：过硫酸铵水溶液＝1:3～7：0.05～0.10：0.1～0.3。如图6所示，图6左图示意为：聚苯乙烯形成气泡，帮助二氧化硅与氧化石墨烯形成蜂窝状结构；图6右图示意为：经300℃热处理后，聚苯乙烯分解，留下蜂窝状涂层结构，为后续帮助载体导热散热做准备。下面结合具体实施例对本发明进一步阐释。另外，使用上述范围内的技术方案制备的氧化石墨烯分散液制备散热涂料/涂层，最终散热性能相当，故未在实施例中展示制备氧化石墨烯分散液的参数。下述实施例中为方便操作，均采用氧化石墨烯：去离子水＝1:25。对比例按上述方法，制备氧化石墨烯分散液，氧化石墨烯：去离子水＝1:25。制备聚苯乙烯乳液，苯乙烯单体：去离子水：tween80：过硫酸铵水溶液＝1:5：0.07：0.25。不添加二氧化硅溶胶，氧化石墨烯分散液：聚苯乙烯乳液＝44％：56％。提拉速度为10cm/min，制备涂层，作为对比例。实施例一：优选二氧化硅溶胶的制备参数1、按上述方法，制备二氧化硅溶胶10组，具体参数如表所示。制备氧化石墨烯分散液，氧化石墨烯：去离子水＝1:25。制备聚苯乙烯乳液，苯乙烯单体：去离子水：tween80：过硫酸铵水溶液＝1:5：0.07：0.25。二氧化硅溶胶：聚苯乙烯乳液：氧化石墨烯分散液＝22％：56％：22％。提拉速度10cm/min，制备涂层10组。表1二氧化硅溶胶具体参数组别无水乙醇浓氨水组1503组2703组3903组41003组51103组61203组71002组81004组91005组1010032、导热系数测试：采用c-thermtci导热系数测量仪，测试温度为20℃，对上述10组涂层进行导热系数测试。结果如表2所示。表2导热系数展示组别导热系数(w/(m*k))组125.6组225.7组325.6组425.8组525.7组625.7组725.6组825.7组925.7组1025.7对比例39.83、冷热循环升降温速度测试：将散热器内部通入50％的乙二醇和50％的水(体积比)。施加100kpa±20kpa的压力，以10℃到90℃进行温度循环，记录各涂层材料10℃到90℃升温过程所需时间，以及90℃到10℃降温过程所需时间。结果如表3所示。表3冷热循环升降温效果展示从上述表2、表3可以看出，使用在本发明限定的范围内制备的二氧化硅溶胶，对最终散热涂料的性能影响差异不大，效果相当。使用纯的氧化石墨烯，导热系数非常高，但在升降温试验中，导热系数较高的纯氧化石墨烯涂层升温时间显著低于本发明各组，降温时间显著高于本发明各组，说明其导热性能明显弱于本发明制备的复合涂层材料。实施例二：优选聚苯乙烯乳液的制备参数1、按上述方法制备聚苯乙烯乳液8组，具体参数如表4所示。按实施例一组4的方法制备二氧化硅溶胶8组；制备氧化石墨烯分散液，氧化石墨烯：去离子水＝1:25。按照二氧化硅溶胶：聚苯乙烯乳液：氧化石墨烯分散液＝22％：56％：22％，提拉速度10cm/min，制备涂层8组。表4各组具体参数组别去离子水tween80过硫酸铵水溶液组130.070.25组250.070.25组370.070.25组450.050.25组550.100.25组650.070.10组750.070.20组850.070.302、按实施例一的方法测试导热系数，结果如表5所示。表5导热系数展示3、按实施例一的方法测试升降温效果，结果如表6所示。表6冷热循环升降温效果展示组别升温时间(min)降温时间(min)组115.25.5组215.45.4组315.35.5组415.05.6组515.15.7组615.05.6组715.35.5组815.25.5从上述表5、表6可以看出，使用在本发明限定的范围内制备的聚苯乙烯乳液，对最终散热涂料的性能影响差异不大，效果相当。对比例的相关数据已在实施例一中展示，此处效果相当，因此未再次展示。实施例三：优选散热涂料的制备参数1、按实施例一组4的方法制备二氧化硅溶胶5组；按实施例二组2的方法制备聚苯乙烯乳液5组；按照氧化石墨烯分散液，氧化石墨烯：去离子水＝1:25，制备氧化石墨烯分散液5组。按上述方法制备5组涂层，具体制备涂层的参数如表7所示。表7各组具体参数2、按实施例一的方法测试导热系数，结果如表8所示。表8导热系数展示组别导热系数(w/(m*k))组116.5组223.2组326.1组428.9组530.1组625.1组723.2对比例39.83、按实施例一的方法测试升降温效果，结果如表9所示。表9冷热循环升降温效果展示从表8、表9可以看出，随着氧化石墨烯添量的增加，导热系数不断增加，但升降温效果时并不完全如此。氧化石墨烯和二氧化硅添量过低，无法有效形成蜂窝状结构，升温变快，降温变慢；氧化石墨烯添量过高，升降温效果也不理想。本发明散热材料中，石墨烯的导热系数高，比表面积大，能显著提升涂料的导热性能，被广泛的应用于各种涂料中，但石墨烯极易团聚，破坏了材料分散的均匀性，导致涂料的综合导热性能降低。本发明将二氧化硅溶胶和氧化石墨烯分散液一起加入聚苯乙烯乳液，一部分的二氧化硅和氧化石墨烯通过静电作用力吸附到聚苯乙烯乳胶粒表面；另一部分则分散在乳液的水相中；并最终通过浸渍提拉法，形成氧化石墨烯和二氧化硅都分布均匀的表面结构，极利于导热通路的形成。且提高涂料的导热系数并不能完全提高其导热性能，还需要提高涂料与界面之间的导热性能才能更快地将热量传递出去。通过热处理分解有机组分(聚苯乙烯)，涂层表面呈现多孔蜂窝状，相比于平滑的表面具有更大的比表面积，更利于热量的传递。与现有技术相比，本发明能够有效实现主要电器元件内产生的热量的更均匀分布和快速散发，从而提高使用寿命。而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。当前第1页12