CN106253745A - 一种3d打印微纳可穿戴式纳米发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3D打印微纳可穿戴式纳米发电机，包括第一外壳和压电式纳米发电机本体；所述第一外壳内固定有纳米发电机本体，所述纳米发电机本体上安装有第一支撑基片和第二支撑基片，且第一支撑基片和第二支撑基片上分别固定有第二纳米列阵和第一纳米列阵，第一纳米列阵和第二纳米列阵分别由第一单根纳米线和第二单根纳米线组成。本发明充分利用3D打印机打印微纳复杂架构的优势，将压电纳米材料组装与柔性的3D纳米腔体之内，通过将微弱的机械振动或者声音振动转换为电能存储起来，用于日常生活需要。本发明自身柔性微纳尺度能够植入服装鞋帽等传统布料中，实现可穿戴的效果。本发明体积小、重量轻，成本低廉，实用性强，易于推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，具体为一种3D打印微纳可穿戴式纳米发电机。
背景技术
目前，发电***的发电方式主要是水力发电、火力发电、太阳能发电、化学能发电、核燃料发电等，这些发电方式不但会消耗大量的自然资源、造成大量的污染，而且会因发电资源和电流在运输过程中存在大量损失而增加发电和用电成本。为了解决由于传统发电所导致的一系列环境污染问题以及降低成本，世界各国科学家都在积极开发各种新型环保发电方式。随着当代微电子、纳电子产品的逐渐普及和小型化，电子产品的尺度和功耗也越来越低，电池的设计尺度也越来越小。为了解决即将到来的微电子、纳电子产品所需的新型长寿命电源问题，世界各国科学家都在积极开发各种新型发电方式并努力研发各种新型长寿命电源；通常来讲，发电机是一种能够生成电荷、将正负电荷分开、并用电势产生的电荷驱动自由电子流的装置，它能够以电磁、压电、热电、甚至静电效应为基础。据英国《科学》杂志报道，美国佐治亚理工学院的王中林教授研究组成功地利用ZnO纳米半导体材料的压电特性，在纳米尺度范围内将机械能转换成电能，制成了可将机械振动能、流体振动能等转化为电能的纳米发电机，该发明为即将到来的纳电子时代各种微型***的电源设计和制造奠定了重要的研究基础；纳米发电机通过***中纳米半导体阵列和对应放置的纳米金属针尖阵列产生的相对振动，使纳米半导体阵列中的纳米棒、线或带发生形变，并利用ZnO纳米半导体材料的正压电特性将各种机械振动能转化为电能。但这类纳米发电机的发明说明书和权利要求书中只涉及到如何利用ZnO纳米半导体材料的压电特性将自然界中存在的各种机械振动能转化为电能，这些机械能形式仅局限在运动、振动、流体流动等能量形式范畴，同时，此类纳米发电机运行条件比较苛刻，阵列中的纳米棒、线或带在不均匀机械外力或振动的长时间作用下，也会造成纳米半导体棒、线或带的机械损伤，这必然会大大缩短此类发电机的工作寿命。并且单个纳米发电机的功率有限，并不能达到所需电量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种3D打印微纳可穿戴式纳米发电机，以解决上述背景技术中提出的问题，所具有的有益效果是：体积小、重量轻，成本低廉，实用性强，易于推广使用。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种3D打印微纳可穿戴式纳米发电机，包括第一外壳和压电式纳米发电机本体；所述第一外壳内固定有纳米发电机本体，所述纳米发电机本体上安装有第一支撑基片和第二支撑基片，且第一支撑基片和第二支撑基片上分别固定有第二纳米列阵和第一纳米列阵，第一纳米列阵和第二纳米列阵分别由第一单根纳米线和第二单根纳米线组成，所述第一支撑基片和第二支撑基片通过第一线路与用电装置连接，所述压电式纳米发电机本体上的固定电极和驱动电极固定在第二外壳的内部，且固定电极与氧化锌纳米线固定连接，所述压电式发电机通过第二线路与用电装置相连。
优选的，所述第一纳米列阵与第二纳米列阵通过PN结连接。
优选的，所述第二线路通过导电的原子力显微镜探针与氧化锌纳米线的尖部相连。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：这段话重新写。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的纳米发电机本体结构示意图；
图3为本发明的压电式纳米发电机本体结构示意图。
图中：1-第一纳米列阵；2-第二纳米列阵；3-第一支撑基片；4-第二支撑基片；5-第一外壳；6-第一线路；7-用电装置；8-第一单根纳米线；9-第二单根纳米线；10-PN结；11-纳米发电机本体；12-压电式纳米发电机本体；13-固定电极；14-氧化锌纳米线；15-驱动电极；16-第二线路；18-第二外壳。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供的一种实施例：一种3D打印微纳可穿戴式纳米发电机，包括第一外壳5和压电式纳米发电机本体12；第一外壳5内固定有纳米发电机本体11，纳米发电机本体11位于交变电磁场内，纳米发电机本体11上安装有第一支撑基片3和第二支撑基片4，且第一支撑基片3和第二支撑基片4上分别固定有第二纳米列阵2和第一纳米列阵1，第一纳米列阵1和第二纳米列阵2分别由第一单根纳米线8和第二单根纳米线9组成，第一纳米列阵1表面镀有的金属膜层与第二纳米列阵2接触时具有肖特基势垒，第一支撑基片3和第二支撑基片4通过第一线路6与用电装置7连接，压电式纳米发电机本体12上的固定电极13和驱动电极15固定在第二外壳18的内部，且固定电极13与氧化锌纳米线14固定连接，氧化锌纳米线14与驱动电极15接触，且氧化锌纳米线14的尖部是固定有肖特基势垒，压电式发电机12通过第二线路16与用电装置7相连，第一纳米列阵1与第二纳米列阵2通过PN结10连接，17，第二线路16通过导电的原子力显微镜探针与氧化锌纳米线14的尖部相连。
工作原理：使用时，在交变电磁场作用下，连接第一纳米列阵1及第二纳米列阵2的两根金属导线即可感应出交变电流，纳米发电机本体11的第一单根纳米线8与第二单根纳米线9间形成的肖特基接触等同于一个检波二极管，即可将两根金属导线感应出的交变电流不断整流输出，最终将外界交变电磁辐射能转换为电能输出到用电装置7，驱动外部用电装置7工作；通过缎带17将压电式纳米发电机本体12绑于手臂或者腿部等位置，驱动电极15紧贴于身体表面，在驱动电极15的作用下氧化锌纳米线14的自由端受力变形时，一侧受压缩，而另一侧被拉伸，使得氧化锌纳米线14拉伸和压缩的两个相对侧面分别产生正、负压电电势，借助半导体性质的氧化锌纳米线14与其金属尖部的肖特基势垒将电能暂时储存在氧化锌纳米线14内，并可用导电的原子力显微镜探针接通这一电源，通过肖特基势垒整流后，向外界输出，驱动外部用电装置7工作。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，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。
Claims (2)
1.一种3D打印微纳可穿戴式纳米发电机，包括第一外壳（5）和压电式纳米发电机本体（12）；其特征在于：所述第一外壳（5）内固定有纳米发电机本体（11），所述纳米发电机本体（11）上安装有第一支撑基片（3）和第二支撑基片（4），且第一支撑基片（3）和第二支撑基片（4）上分别固定有第二纳米列阵（2）和第一纳米列阵（1），第一纳米列阵（1）和第二纳米列阵（2）分别由第一单根纳米线（8）和第二单根纳米线（9）组成，所述第一支撑基片（3）和第二支撑基片（4）通过第一线路（6）与用电装置（7）连接，所述压电式纳米发电机本体（12）上的固定电极（13）和驱动电极（15）固定在第二外壳（18）的内部，且固定电极（13）与氧化锌纳米线（14）固定连接，所述压电式发电机（12）通过第二线路（16）与用电装置（7）相连。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印微纳可穿戴式纳米发电机，其特征在于：所述第一纳米列阵（1）与第二纳米列阵（2）通过PN结（10）连接。
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