一种用于收集制糖冷凝废水波浪能的摩擦纳米发电机及其制备方法

【】本发明涉及摩擦纳米发电，具体涉及一种用于收集制糖冷凝废水波浪能的摩擦纳米发电机及其制备方法。

背景技术

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背景技术：

1、制糖行业是以甘蔗或甜菜通过制糖工艺技术生产砂糖产品的传统技术企业，其生产工艺需配套的锅炉、压榨机、真空吸滤机等系列高能耗设备，节能降耗与能源回用是制糖企业转型升级的重要发展方向之一。在制糖企业生产过程中，蒸发工段和煮糖工段产生的蒸发冷凝水通常由冷凝塔从高处排入热水池中，此过程产生巨大的波浪能量。然而，现有技术手段难以将这种低频的波浪能转化为可回用能源，开发与利用新型的低频能量收集装置对促进制糖企业高质量发展具有重要意义。

2、近年来，用于收集低频波浪能量的摩擦纳米发电机取得了飞速的进展，其工作原理是基于摩擦起电和静电感应的耦合效应，两种不同材料在外力驱动下接触产生等量异号的电荷，分离时材料间的电势差会驱动电子在电极间流动，通过外接电路即可收集转换的能量。目前已有相关的研究，例如，中国专利申请，公开号为cn109980985a公开了一种液固接触起电摩擦纳米发电机，包括高分子材料层、电极层和参考电极，该摩擦纳米发电机通过屏蔽掉电极层周围液体对其的感应电荷，使得液体与材料接触产生的电荷充分转移，在外电路形成电流。又例如中国专利申请，公告号为cn113037126b公开了一种复合式水滴固-液摩擦纳米发电机及其使用方法，包括容器、弧形板以及设置在所述弧形板内凹表面的疏水性固体摩擦层和铜电极，该装置能够将与固体摩擦层发生接触带电后滑落的水滴中的静电能导出利用，可以进一步提高水滴摩擦纳米发电机的能量转换效率。

3、现有相关研究证明，摩擦纳米发电机是适用于收集包括波浪能、雨滴能和管道流体能等低频能源的先进技术。然而，目前尚未有用于收集制糖冷凝废水波浪能的相关报道，开发与设计用于收集制糖冷凝废水波浪能的摩擦纳米发电机仍然十分迫切。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、针对制糖冷凝废水波浪能具有低频波动、糖分残余干扰等问题，本发明提供了一种用于收集制糖冷凝废水波浪能的摩擦纳米发电机及其制备方法，旨在收集制糖冷凝水中废弃的波浪能量并转换为电能，回用于制糖生产过程。本发明以含糖冷凝水和负极摩擦层作为摩擦纳米发电机的摩擦材料，当含糖冷凝水与负极摩擦层接触时发生电子转移，而当含糖冷凝水分离过程后电子又从正极回流，通过外接电路实现将含糖冷凝水的波浪能转化为可收集的电能。该摩擦纳米发电机不仅能够适应高温与含糖的环境，并且具有高开路电压、低频高能量转化效率、可加工性和结构简单成本低等优点。

2、本发明的目的通过以下技术方案来实现：

3、一种用于收集制糖冷凝水波浪能的摩擦纳米发电机的制备方法，包括如下步骤：

4、1)通过激光切割的方式将亚力克板材切割成定制尺寸的矩形基板和连接器件，并采用紫外固化胶粘剂将矩形基板和连接器件粘连，得到摩擦纳米发电机的支撑骨架。

5、2)将光洁的电极裁成定制尺寸的矩形，并将其贴敷至步骤1)支撑骨架的上表面；

6、3)在步骤2)电极上方粘贴相同尺寸的负极摩擦层，采用热熔胶滚筒涂布法将负极摩擦层压合至电极上，使电极摩擦层与电极完全接触；

7、4)在步骤3)得到的电极和负极摩擦层之间引出导线，连接外电路，得到用于收集制糖冷凝废水波浪能的摩擦纳米发电机。

8、本发明中：

9、步骤1)所述的激光切割，激光切割机的功率为300w；所述的定制尺寸矩形基板，其尺寸为4cm×8cm，其厚度为1cm；所述的定制尺寸的连接器件，其尺寸为外径为3cm，内径为1.5cm、厚度为1cm的空心圆环；所述的紫外固化胶粘剂，采用紫外光固化树脂，紫外固化波长为365nm，照射时间为10s。

10、步骤2)所述的电极，选自铜、导电胶、银、金、铂、铝、镍的任意一种或几种制成的导电材料。所述的定制尺寸，其尺寸宽为2cm-4cm，长为4cm-8cm。

11、步骤3)所述的负极摩擦层，选自聚四氟乙烯、特氟龙、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺中的一种材料制成，其厚度为0.1mm-0.6mm；所述的热熔胶滚筒涂布法，是50℃下浸胶3min，再加热至70℃后2min完全固化。

12、步骤4)所述的导线，选自铜丝、铝丝、银线、碳纤维线中的一种，导线直径为0.1mm-0.6mm。

13、本发明还涉及一种用于收集制糖冷凝废水波浪能的摩擦纳米发电机，采用上述一种用于收集制糖冷凝废水波浪能的摩擦纳米发电机的制备方法得到，该摩擦纳米发电机工作环境为含糖份为0°bx-1.2°bx的冷凝水、冷凝水波浪频率为0.6hz-1.8hz，冷凝水ph为6.0-8.0；该摩擦纳米发电机的开路电压为31v，短路电流为12μa；当外接电阻为107ω时，其功率密度为25mw/m2，该摩擦纳米发电机还可以给电容器充电，在50s可以将1μf的电容充电至0.016v。

14、和现有技术相比，本发明具有如下优点：

15、1、本发明所述的一种用于收集制糖冷凝废水波浪能的摩擦纳米发电机，该摩擦纳米发电机采用的负极摩擦层具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、电绝缘性和抗老化耐力，摩擦纳米发电机能够适应制糖冷凝废水高温、弱酸、弱碱的环境特征。

16、2、本发明所述的一种用于收集制糖冷凝废水波浪能的摩擦纳米发电机，由支撑骨架、负极摩擦层和电极组成，具有结构及生产工艺简单、成本低、可加工性较好等优点；同时，收集的能量可以供给耗电量较低的检测器或传感器，从而为一种自驱动式的监测器提供基础，将有利于促进制糖企业智能化发展。

技术特征：

1.一种用于收集制糖冷凝废水波浪能的摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于收集制糖冷凝废水波浪能的摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的激光切割，激光切割机的功率为300w；所述的定制尺寸矩形基板，其尺寸为4cm×8cm，其厚度为1cm；所述的定制尺寸的连接器件，其尺寸为外径为3cm，内径为1.5cm、厚度为1cm的空心圆环；所述的紫外固化胶粘剂，采用紫外光固化树脂，紫外固化波长为365nm，照射时间为10s。

3.根据权利要求1所述的一种用于收集制糖冷凝废水波浪能的摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于：步骤2)所述的电极，选自铜、导电胶、银、金、铂、铝、镍的任意一种或几种制成的导电材料。所述的定制尺寸，其尺寸宽为2cm-4cm，长为4cm-8cm。

4.根据权利要求1所述的一种用于收集制糖冷凝废水波浪能的摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于：步骤3)所述的负极摩擦层，选自聚四氟乙烯、特氟龙、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺中的一种材料制成，其厚度为0.1mm-0.6mm；所述的热熔胶滚筒涂布法，是50℃下浸胶3min，再加热至70℃后2min完全固化。

5.根据权利要求1所述的一种用于收集制糖冷凝废水波浪能的摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于：步骤4)所述的导线，选自铜丝、铝丝、银线、碳纤维线中的一种，导线直径为0.1mm-0.6mm。

6.一种用于收集制糖冷凝废水波浪能的摩擦纳米发电机，其特征在于：采用权利要求1-4任一项所述的一种用于收集制糖冷凝废水波浪能的摩擦纳米发电机的制备方法得到。

技术总结
本发明公开了一种用于收集制糖冷凝废水波浪能的摩擦纳米发电机及其制备方法，摩擦纳米发电机的组成包括支撑骨架、负极摩擦层和电极构成。其工作原理为：当含糖冷凝水与负极摩擦层接触时发生电子转移，而当含糖冷凝水分离过程后电子又从正极回流，通过外接电路实现将含糖冷凝水的波浪能转化为可收集的电能。该摩擦纳米发电机不仅能够适应高温与含糖的环境，并且具有高开路电压、低频高能量转化效率、结构简单和成本低等优点。同时，通过摩擦纳米发电机收集的能量可以供给耗电量较低的检测器或传感器，从而为构建自驱动式的监测器提供基础，在制糖企业的节能降耗与智能化建设方面具有广阔的应用前景。

技术研发人员：陆登俊,刘涛,聂双喜,吴训潇,邹雪莲,侯杼利
受保护的技术使用者：广西大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15