一种介电泳与滚筒式摩擦纳米发电联合的海洋微颗粒分选装置

本发明涉及新能源发电领域与海洋微颗粒污染物分选，具体而言，尤其涉及一种介电泳与滚筒式摩擦纳米发电联合的海洋微颗粒分选装置。

背景技术：

1、随着科技的不断发展，微型化、智能化以及集成化是现代科技发展的一个重要的趋势。加之微机电加工系统(mems)技术的不断成熟，电路集成芯片在日常生活中成为不可替代的产品。与之相对应，微流控芯片，是一种在微纳米尺度空间中对微流体进行操控为主要特征的科技芯片，能够实现微型生物的提取、培养、分离、分选等，在疾病的诊断治疗、生物细胞分离、海洋颗粒污染物分离领域扮演着十分重要的角色。

2、大多数情况下，微流控芯片需要外部高压电源来为芯片供电，传统的供电方式限制了微流控操作平台的小型化、安全性和便携带性。因此，迫切需要为微流控操作平台设计出一款可调控、安全性较高的移动高压电源为之供电。

3、摩擦纳米发电机是一种新型发电方式，其利用不同材料摩擦起电和静电感应，能够将机械能转化为电能，是一种能源高效转化的装置，具有可持续、高电压、便携带等优点，能够为设备可靠持续的供电，实现自供电的操作平台。

技术实现思路

1、根据上述提出的技术问题，提供一种介电泳与滚筒式摩擦纳米发电联合的海洋微颗粒分选装置。本发明通过摩擦纳米发电机与微流控芯片的结合，实现了基于滚筒式摩擦纳米发电的自供电微流控操作平台。本发明结构设计简单、安装方便，不需要庞大的设备，由摩擦纳米发电机代替传统电源为微流控芯片供电，实现了平台安全性高、便携带、小型化等特点。

2、在本次发电机的设计结构中，摩擦面积大，安装使用简便，能够高效的将机械能转化为电能，为微流控芯片供电，解决了传统供电方式的弊端，对微流控处理海洋微颗粒污染物分离具有十分重要的意义。

3、本发明采用的技术手段如下：

4、一种介电泳与滚筒式摩擦纳米发电联合的海洋微颗粒分选装置，包括：滚筒式摩擦纳米发电机、整流滤波电路以及微流控芯片，其中：

5、所述滚筒式摩擦纳米发电机，其输出端连接整流滤波电路的输入端，用于为微流控芯片提供电压保证；

6、所述整流滤波电路，用于对摩擦纳米发电机产生的电压进行整流滤波，将波形不稳定的交流高压转化为波形稳定的直流电压；

7、所述微流控芯片，其输入端与整流滤波电路的输出端连接，用于实现海洋微颗粒污染物的分离。

8、进一步地，所述滚筒式摩擦纳米发电机包括：内部携带摩擦叶面的定子、设置在定子内部的转子、与定子相对固定的外部筒套、电源以及起驱动作用的步进电机，其中：

9、在定子的内表面按照线条粘贴两组相互交错的铝箔电极，在铝箔电极的基础上覆盖一层聚四氟乙烯薄膜作为一层摩擦层；在转子的外表面粘贴与转子大小尺寸相同的尼龙薄膜作为另一层摩擦层；

10、步进电机与摩擦纳米发电机中的转子相连，用电源进行连接驱动，并通过计算机对步进电机进行控制，设定合适的转速；将步进电机的转轴与转子的转轴相连，在步进电机的转轴的带动下，转子出现滚动进而转动两个摩擦层发生摩擦，从而产生电压。

11、进一步地，所述铝箔电极为交叉式电极，两组铝箔电极相互交错且不接触。

12、进一步地，所述整流滤波电路为倍压电路，包括焊接在电路空板上的两个高压二极管和两个高压瓷片电容，用于对交流电压进行稳压。

13、进一步地，所述微流控芯片包括：样品进液口、第一聚焦通道、第二聚焦通道、与第一聚焦通道相连的第一微通道、与第二聚焦通道相连的第二微通道、分别与第一微通道和第二微通道相连的第一出液口、第二出液口、第三出液口、第一进油口、第二进油口、分别在第一微通道中形成的第一微液滴和第二微液滴、分别在第二微通道中形成的第三微液滴和第四微液滴、与第一出液口相连的第一出液通道和第二出液通道、与第二出液口相连的第三出液通道和第四出液通道、与第三出液口相连的第五出液通道和第六出液通道、设置在样品进液口的电源正极插入口以及设置在第一出液口的电源负极插入口。

14、进一步地，连通所述第一微通道和所述第一进油口，连通所述第二微通道和所述第二进油口，连通处均形成t型结构，通过注射泵施加压力，油液通过第一进油口和第二进油口被泵入储油层，使油液能在所述第一微通道和第一进油口相接的t型结构处形成第一微液滴，使油液能在所述第一微通道和第二进油口相接的t型结构处形成第二微液滴，使油液能在所述第二微通道和第一进油口相接的t型结构处形成第三微液滴，使油液能在所述第二微通道和第二进油口相接的t型结构处形成第四微液滴，在所述第一微通道和第二微通道分别与所述第一微液滴、第二微液滴、第三微液滴和第四微液滴的交汇处产生高梯度不均匀电场。

15、进一步地，所述第一微通道和所述第一进油口连通处的两个t型结构的管道宽度以及所述第二微通道和所述第二进油口连通处的两个t型结构的管道宽度不同，在第一微通道和第二微通道内形成的第一微液滴、第二微液滴、第三微液滴和第四微液滴的大小不同，用于动态调节电场梯度。

16、进一步地，通过控制微液滴和微通道的间距不同，进行微颗粒多级分选，且微液滴和微通道的间距根据分选微颗粒的尺寸不同进行调节；微颗粒在产生的非匀强电场中受到介电泳力，根据不同大小的微粒受到不同力的大小，进而实现微颗粒的分离。

17、较现有技术相比，本发明具有以下优点：

18、1、本发明提供的介电泳与滚筒式摩擦纳米发电联合的海洋微颗粒分选装置，通过摩擦纳米发电机与微流控芯片的结合，实现了基于滚筒式摩擦纳米发电的自供电微流控操作平台，结构设计简单、安装方便，不需要庞大的设备，实现了平台安全性高、便携带、小型化等特点。

19、2、本发明提供的介电泳与滚筒式摩擦纳米发电联合的海洋微颗粒分选装置，由摩擦纳米发电机代替传统电源为微流控芯片供电，在发电机的设计结构中，摩擦面积大，安装使用简便，能够高效的将机械能转化为电能，为微流控芯片供电，解决了传统供电方式的弊端，对微流控处理海洋微颗粒污染物分离具有十分重要的意义。

20、3、本发明提供的介电泳与滚筒式摩擦纳米发电联合的海洋微颗粒分选装置，具有广阔的应用前景，对我国海洋环境的检测有着重大意义，对新能源发电领域与海洋微颗粒污染物分离领域都有积极的影响。

21、基于上述理由本发明可在新能源发电与海洋微颗粒污染物分离等领域广泛推广。

技术特征：

1.一种介电泳与滚筒式摩擦纳米发电联合的海洋微颗粒分选装置，其特征在于，包括：滚筒式摩擦纳米发电机、整流滤波电路以及微流控芯片，其中：

2.根据权利要求1所述的介电泳与滚筒式摩擦纳米发电联合的海洋微颗粒分选装置，其特征在于，所述滚筒式摩擦纳米发电机包括：内部携带摩擦叶面的定子、设置在定子内部的转子、与定子相对固定的外部筒套、电源以及起驱动作用的步进电机，其中：

3.根据权利要求2所述的介电泳与滚筒式摩擦纳米发电联合的海洋微颗粒分选装置，其特征在于，所述铝箔电极为交叉式电极，两组铝箔电极相互交错且不接触。

4.根据权利要求1所述的介电泳与滚筒式摩擦纳米发电联合的海洋微颗粒分选装置，其特征在于，所述整流滤波电路为倍压电路，包括焊接在电路空板上的两个高压二极管和两个高压瓷片电容，用于对交流电压进行稳压。

5.根据权利要求1所述的介电泳与滚筒式摩擦纳米发电联合的海洋微颗粒分选装置，其特征在于，所述微流控芯片包括：样品进液口(1)、第一聚焦通道(5)、第二聚焦通道(7)、与第一聚焦通道(5)相连的第一微通道(6)、与第二聚焦通道(7)相连的第二微通道(8)、分别与第一微通道(6)和第二微通道(8)相连的第一出液口(2)、第二出液口(3)、第三出液口(4)、第一进油口(9)、第二进油口(22)、分别在第一微通道(6)中形成的第一微液滴(10)和第二微液滴(12)、分别在第二微通道(8)中形成的第三微液滴(11)和第四微液滴(13)、与第一出液口(2)相连的第一出液通道(16)和第二出液通道(17)、与第二出液口(3)相连的第三出液通道(18)和第四出液通道(19)、与第三出液口(4)相连的第五出液通道(14)和第六出液通道(15)、设置在样品进液口(1)的电源正极插入口(20)以及设置在第一出液口(2)的电源负极插入口(21)，所述电源正极插入口(20)和电源负极插入口(21)连接所述整流滤波稳压电路输出的正、负极。

6.根据权利要求5所述的介电泳与滚筒式摩擦纳米发电联合的海洋微颗粒分选装置，其特征在于，连通所述第一微通道(6)和所述第一进油口(9)，连通所述第二微通道(8)和所述第二进油口(22)，连通处均形成t型结构，通过注射泵施加压力，油液通过第一进油口(9)和第二进油口(22)被泵入储油层，使油液能在所述第一微通道(6)和第一进油口(9)相接的t型结构处形成第一微液滴(10)，使油液能在所述第一微通道(6)和第二进油口(22)相接的t型结构处形成第二微液滴(12)，使油液能在所述第二微通道(8)和第一进油口(9)相接的t型结构处形成第三微液滴(11)，使油液能在所述第二微通道(8)和第二进油口(22)相接的t型结构处形成第四微液滴(13)，在所述第一微通道(6)和第二微通道(8)分别与所述第一微液滴(10)、第二微液滴(12)、第三微液滴(11)和第四微液滴(13)的交汇处产生高梯度不均匀电场。

7.根据权利要求6所述的介电泳与滚筒式摩擦纳米发电联合的海洋微颗粒分选装置，其特征在于，所述第一微通道(6)和所述第一进油口(9)连通处的两个t型结构的管道宽度以及所述第二微通道(8)和所述第二进油口(22)连通处的两个t型结构的管道宽度不同，在第一微通道(6)和第二微通道(8)内形成的第一微液滴(10)、第二微液滴(12)、第三微液滴(11)和第四微液滴(13)的大小不同，用于动态调节电场梯度。

8.根据权利要求7所述的介电泳与滚筒式摩擦纳米发电联合的海洋微颗粒分选装置，其特征在于，通过控制微液滴和微通道的间距不同，进行微颗粒多级分选，且微液滴和微通道的间距根据分选微颗粒的尺寸不同进行调节；微颗粒在产生的非匀强电场中受到介电泳力，根据不同大小的微粒受到不同力的大小，进而实现微颗粒的分离。

技术总结
本发明提供一种介电泳与滚筒式摩擦纳米发电联合的海洋微颗粒分选装置，包括：滚筒式摩擦纳米发电机、整流滤波电路以及微流控芯片，滚筒式摩擦纳米发电机的输出端连接整流滤波电路的输入端，用于为微流控芯片提供电压保证；整流滤波电路用于对摩擦纳米发电机产生的电压进行整流滤波，将波形不稳定的交流高压转化为波形稳定的直流电压；微流控芯片的输入端与整流滤波电路的输出端连接，用于实现海洋微颗粒污染物的分离。本发明通过摩擦纳米发电机与微流控芯片的结合，实现了基于滚筒式摩擦纳米发电的自供电微流控操作平台，采用摩擦纳米发电机代替传统电源为微流控芯片供电，具备了平台安全性高、便携带、小型化等特点。

技术研发人员：赵凯,李轩,孔德健,姚依铭
受保护的技术使用者：大连海事大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13