一种声能采集发电装置及其制作方法

1.本发明用于发电技术领域，特别是涉及一种声能采集发电装置及其制作方法。


背景技术：

2.声能是一种广泛存在的可持续性能源，但是由于声波具有特定的频率以及分贝大小等原因，为声能采集器件的设计和研究带来了很多困难，目前研究中的压电发生器和声音共振器都存在着一些无法避免的缺点，例如其应用的声波范围都在几千赫兹甚至兆赫兹，相较于日常生活中主要存在的低频范围的声音，其应用场景非常有限。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种声能采集发电装置及其制作方法，能够采集日常生活中存在的低频声波进行并发电，应用场景更广泛。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种声能采集发电装置，包括摩擦层，所述摩擦层的两侧设有电极层，所述摩擦层包括尼龙纤维膜、聚偏氟乙烯纤维膜和绝缘框板，所述尼龙纤维膜和所述聚偏氟乙烯纤维膜分别设在所述绝缘框板的两侧，声音经过所述摩擦层时，所述尼龙纤维膜和所述聚偏氟乙烯纤维膜在声压的作用下能够相互接触或分离以形成电荷转移。
5.上述技术方案中至少具有如下优点或有益效果：在应用过程中，环境中的声音经过摩擦层时，尼龙纤维膜和聚偏氟乙烯纤维膜会在声压的作用下产生振动，从而使得尼龙纤维膜和聚偏氟乙烯纤维膜相互接触或分离，尼龙纤维膜和聚偏氟乙烯纤维膜接触或分离过程中会发生电荷转移从而形成电势差，这个电势差会使两个电极层之间形成电流，这种通过尼龙纤维膜和聚偏氟乙烯纤维膜形成的发电结构能够将感应到的低频声音能量转换为电能，在日常生活中应用起来更为广泛。
6.进一步作为本发明技术方案的改进，所述摩擦层设有多层，各所述摩擦层依次层叠设置，相邻两个所述摩擦层之间加装所述电极层。
7.进一步作为本发明技术方案的改进，所述电极层包括铜网和/或聚氨酯泡沫。
8.进一步作为本发明技术方案的改进，所述铜网的目数为200
‑
400目。
9.进一步作为本发明技术方案的改进，所述聚氨酯泡沫与所述聚偏氟乙烯纤维膜之间加装所述绝缘框板。
10.进一步作为本发明技术方案的改进，所述聚氨酯泡沫的厚度范围为0.5
‑
1.5mm。
11.进一步作为本发明技术方案的改进，所述电极层和所述摩擦层均具有柔韧性。
12.此外，本发明还提供了一种声能采集发电装置，包括以下步骤：
13.制作电极层和绝缘框板；
14.将甲酸溶液和乙酸溶液按3:1的比例配制成质量分数为25％的溶液，加热搅拌使溶液完全溶解并进行静电纺丝制成尼龙纤维膜；
15.将n,n
‑
二甲基甲酰胺和丙酮按3:2的比例配制浓度为18％的溶液，然后掺杂质量分数范围为0.5％
‑
2.0％的全氟乙烯丙烯共聚物颗粒的溶液，加热搅拌使溶液完全溶解并进行静电纺丝制成聚偏氟乙烯纤维膜；
16.将尼龙纤维膜和聚偏氟乙烯纤维膜分别贴紧在绝缘框板的两侧；
17.在聚偏氟乙烯纤维膜外侧和尼龙纤维膜外侧均贴上电极层。
18.进一步作为本发明技术方案的改进，尼龙纤维膜制作过程中，将甲酸溶液和乙酸溶液按3:1的比例配制成质量分数为25％的溶液，加热80
°
搅拌1小时使溶液完全溶解并进行静电纺丝制成尼龙纤维膜。
19.进一步作为本发明技术方案的改进，聚偏氟乙烯纤维膜制作过程中，将n,n
‑
二甲基甲酰胺和丙酮按3:2的比例配制浓度为18％的溶液，然后掺杂质量分数范围为0.5％
‑
2.0％的全氟乙烯丙烯共聚物颗粒的溶液，加热80
°
搅拌1小时使溶液完全溶解并进行静电纺丝制成聚偏氟乙烯纤维膜。
附图说明
20.下面结合附图对本发明作进一步说明：
21.图1是本发明一个实施例的结构示意图；
22.图2是图1所示实施例的爆炸图；
23.图3是本发明一个实施例在实际应用过程中所发电量的开路电压和短路电流输出结果坐标图；
24.图4是本发明一个实施例在不同声音频率下的开路电压和短路电流输出结果坐标图。
具体实施方式
25.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
26.本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
27.本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
28.本发明中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
29.本发明提供了一种声能采集发电装置，其可以应用于交通指示灯中，通过采集交通指示灯周围环境的噪音进行发电，然后对交通指示灯进行供电使用，当然也可以当做环境噪声监控检测应用，通过发电量的多少实施监控噪音量。
30.参见图1、图2，声能采集发电装置包括摩擦层6，摩擦层6的两侧设有电极层，摩擦层6包括尼龙纤维膜5、聚偏氟乙烯纤维膜4和绝缘框板2，尼龙纤维膜5和聚偏氟乙烯纤维膜4分别设在绝缘框板2的两侧，声音经过摩擦层6时，尼龙纤维膜5和聚偏氟乙烯纤维膜4在声压的作用下能够相互接触或分离以形成电荷转移。
31.在应用过程中，环境中的声音经过摩擦层6时，尼龙纤维膜5和聚偏氟乙烯纤维膜4会在声压的作用下产生振动，从而使得尼龙纤维膜5和聚偏氟乙烯纤维膜4相互接触或分离，尼龙纤维膜5和聚偏氟乙烯纤维膜4接触或分离过程中会发生电荷转移从而形成电势差，这个电势差会使两个电极层之间形成电流，这种通过尼龙纤维膜5和聚偏氟乙烯纤维膜4形成的发电结构能够将感应到的低频声音能量转换为电能，在日常生活中应用起来更为广泛。
32.参见图3、图4，在实际测试过程中，本技术的发电装置获得了开路电压为40～170v、短路电流为3.9～33μa、功率密度为0.22～1.28w/m2。
33.具体的，如图2所示，尼龙纤维膜5和聚偏氟乙烯纤维膜4均为矩形板状结构，绝缘框板2为矩形框板结构，尼龙纤维膜5、聚偏氟乙烯纤维膜4以及绝缘框板2的大小均相同，尼龙纤维膜5和聚偏氟乙烯纤维膜4贴紧在绝缘框板2的两侧，绝缘框板2主要起到隔离的作用，当声音经过摩擦层6的时候，在声压的作用下，尼龙纤维膜5和聚偏氟乙烯纤维膜4能够振动，从而在绝缘框板2内部相互接触或分离。
34.在一些实施例中，摩擦层6设有多层，各摩擦层6依次层叠设置，相邻两个摩擦层6之间加装电极层，从而形成具有多个摩擦层6的发电结构，应用过程中发电量更大。
35.在本发明中电极层包括铜网1，具体的，铜网1的目数为200
‑
400目。
36.在另外一些实施例中，电极层还包括聚氨酯泡沫3，聚氨酯泡沫3的吸音功能较好，能够更好的收集环境中的声音并传递至摩擦层6进行发电，有效提高发电效率。
37.进一步的，聚氨酯泡沫3与聚偏氟乙烯纤维膜4之间加装绝缘框板2，由于在声音穿过聚氨酯泡沫3时，聚氨酯泡沫3也会发生振动，使得聚氨酯泡沫3与聚偏氟乙烯纤维膜4之间接触分离产生电荷转移从而形成电势差。
38.此外，不难想到的是，电极层可以全部都设置为铜网1，也可以全部都设置为聚氨酯泡沫3，还可以是铜网1和聚氨酯泡沫3混合设置，即两个电极层中有一个是铜网1有一个是聚氨酯泡沫3，例如在图2所示的实施例中设置了两个摩擦层，其中一个摩擦层的两侧都是铜网1作为电极层，而另一个摩擦层6的两侧分别设置铜网1和聚氨酯泡沫3作为电极层。
39.在本发明中，聚氨酯泡沫3的厚度范围为0.5
‑
1.5mm。
40.在一些实施例中，电极层和摩擦层均具有柔韧性，这样电极层与摩擦层6能够贴合更加紧密，而且摩擦层6的尼龙纤维膜5和聚偏氟乙烯纤维膜4与绝缘框板2之间也贴合的更加紧密。
41.此外，本发明提供了一种声能采集发电装置，包括以下步骤：
42.制作电极层和绝缘框板2；
43.将甲酸溶液和乙酸溶液按3:1的比例配制成质量分数为25％的溶液，加热搅拌使
溶液完全溶解并进行静电纺丝制成尼龙纤维膜5；
44.将n,n
‑
二甲基甲酰胺和丙酮按3:2的比例配制浓度为18％的溶液，然后掺杂质量分数范围为0.5％
‑
2.0％的全氟乙烯丙烯共聚物颗粒的溶液，加热搅拌使溶液完全溶解并进行静电纺丝制成聚偏氟乙烯纤维膜4；
45.将尼龙纤维膜5和聚偏氟乙烯纤维膜4分别贴紧在绝缘框板2的两侧；
46.在聚偏氟乙烯纤维膜4的外侧和尼龙纤维膜5的外侧均贴上电极层。
47.在一些实施例中，尼龙纤维膜5制作过程中，将甲酸溶液和乙酸溶液按3:1的比例配制成质量分数为25％的溶液，加热80
°
并搅拌1小时，使溶液完全溶解并进行静电纺丝制成尼龙纤维膜5。
48.在另外一些实施例中，聚偏氟乙烯纤维膜4制作过程中，将n,n
‑
二甲基甲酰胺和丙酮按3:2的比例配制浓度为18％的溶液，然后掺杂质量分数范围为0.5％
‑
2.0％的全氟乙烯丙烯共聚物颗粒的溶液，加热80
°
并搅拌1小时使溶液完全溶解并进行静电纺丝制成聚偏氟乙烯纤维膜4。
49.当然，本技术并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。