一种组合结构压电纳米发电机

本发明属于压电发电新能源，具体涉及一种组合结构压电纳米发电机。

背景技术：

1、目前以压电薄膜为压电材料的压电纳米发电机依附于拱形和平行板结构来提高其输出性能，压电纳米发电机的基本原理是：压电材料在受到外加载荷时发生形变，内部产生极化现象，在材料体表面出现符号相反的电荷，产生的电荷密度与外载荷大小成正比；当纳米线在外载荷下动态拉伸或压缩时，纳米线中产生压电电势，相应瞬变电流在两端流动以平衡纳米能级，从而产生电能。

2、根据压电材料的压电效应，压电纳米发电机能够从环境中收集微弱的机械能并将其转换为电能；然而，现有的平行板结构和拱形结构的纳米发电机对外界的载荷响应程度小，产生的压电效应微弱导致压电纳米发电机的输出电压低，不能提供高的输出功率密度。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种组合结构压电纳米发电机，能够提高压电材料的压电效应的输出功率密度。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种组合结构压电纳米发电机，包括筒状压电材料和至少一个设置于筒状压电材料内壁的弯曲型压电材料；

4、所述弯曲型压电材料两个端部的侧壁与筒状压电材料内壁绝缘连接，且两个端部的侧壁与筒状压电材料内壁的连接位置对称设置；

5、所述弯曲型压电材料沿两个端部形成的直线的两侧分别设置至少一个弯折部，且所述两侧的弯折部之间镜像对称。

6、进一步的，所述弯曲型压电材料呈s型结构设置。

7、进一步的，若所述弯曲型压电材料为多个时，相邻弯曲型压电材料间隔设置。

8、进一步的，所述筒状压电材料为柱状空心结构。

9、进一步的，所述弯曲型压电材料两个端部的侧壁与筒状压电材料内壁采用绝缘胶粘接。

10、进一步的，所述筒状压电材料和弯曲型压电材料均包括压电材料层和设置于压电材料层一侧的正压电电机层，以及设置于压电材料层另一侧的负压电电机层。

11、进一步的，所述压电材料层的厚度为20-100nm。

12、进一步的，所述正压电电机层和负压电电机层的厚度为10-30nm。

13、进一步的，所述压电材料层采用压电聚合物聚偏氟乙烯和纳米材料碳纳米管的混合物制成。

14、进一步的，所述正压电电机层和负压电电机层采用金属、金属合金或金属氧化物制成。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

16、本发明提供一种组合结构压电纳米发电机，包括筒状压电材料和至少一个设置于筒状压电材料内壁的弯曲型压电材料；所述弯曲型压电材料两个端部的侧壁与筒状压电材料内壁绝缘连接，且两个端部的侧壁与筒状压电材料内壁的连接位置对称设置；所述弯曲型压电材料沿两个端部形成的直线的两侧分别设置至少一个弯折部，且所述两侧的弯折部之间镜像对称；本申请在外载荷的作用下，设置于筒状压电材料内的弯曲型压电材料同时产生形变，进而使得整体结构形变程度提高，能够提高压电材料的压电效应的输出功率密度。

技术特征：

1.一种组合结构压电纳米发电机，其特征在于，包括筒状压电材料(1)和至少一个设置于筒状压电材料(1)内壁的弯曲型压电材料(2)；

2.根据权利要求1所述一种组合结构压电纳米发电机，其特征在于，所述弯曲型压电材料(2)呈s型结构设置。

3.根据权利要求2所述一种组合结构压电纳米发电机，其特征在于，若所述弯曲型压电材料(2)为多个时，相邻弯曲型压电材料(2)间隔设置。

4.根据权利要求1所述一种组合结构压电纳米发电机，其特征在于，所述筒状压电材料(1)为柱状空心结构。

5.根据权利要求1所述一种组合结构压电纳米发电机，其特征在于，所述弯曲型压电材料(2)两个端部的侧壁与筒状压电材料(1)内壁采用绝缘胶粘接。

6.根据权利要求1所述一种组合结构压电纳米发电机，其特征在于，所述筒状压电材料(1)和弯曲型压电材料(2)均包括压电材料层(3)和设置于压电材料层(3)一侧的正压电电机层(4)，以及设置于压电材料层(3)另一侧的负压电电机层(5)。

7.根据权利要求6所述一种组合结构压电纳米发电机，其特征在于，所述压电材料层(3)的厚度为20-100nm。

8.根据权利要求6所述一种组合结构压电纳米发电机，其特征在于，所述正压电电机层(4)和负压电电机层(5)的厚度为10-30nm。

9.根据权利要求6所述一种组合结构压电纳米发电机，其特征在于，所述压电材料层(3)采用压电聚合物聚偏氟乙烯和纳米材料碳纳米管的混合物制成。

10.根据权利要求6所述一种组合结构压电纳米发电机，其特征在于，所述正压电电机层(4)和负压电电机层(5)采用金属、金属合金或金属氧化物制成。

技术总结
本发明提供一种组合结构压电纳米发电机，包括筒状压电材料和至少一个设置于筒状压电材料内壁的弯曲型压电材料；所述弯曲型压电材料两个端部的侧壁与筒状压电材料内壁绝缘连接，且两个端部的侧壁与筒状压电材料内壁的连接位置对称设置；所述弯曲型压电材料沿两个端部形成的直线的两侧分别设置至少一个弯折部，且所述两侧的弯折部之间镜像对称；本申请在外载荷的作用下，设置于筒状压电材料内的弯曲型压电材料同时产生形变，进而使得整体结构形变程度提高，能够提高压电材料的压电效应的输出功率密度。

技术研发人员：张昌松,王向阳,王如鹏,刘欣帅,高峰,张白亮,李伟
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12