基于兔毛的摩擦纳米发电机及其应用方法

本发明涉及了新能源及纳米的一种摩擦纳米发电机，具体涉及一种基于兔毛的摩擦纳米发电机及其应用方法。

背景技术：

1、近年来，在现代、高度集约和专业化农业方法的推动下，家禽和牲畜市场经历了显著增长。然而，家禽养殖业面临一系列挑战，其中鸡舍通风不足的问题备受关注，对鸡和人类的安全造成了负面影响。这主要是由于空气流通不畅导致的粉尘浓度升高，直接危及了鸡的呼吸系统。长期暴露在高浓度粉尘下可能导致呼吸系统疾病，极大地阻碍了鸡的成长、发育和生产能力。此外，粉尘中细菌和病毒的存在也加重了疾病在鸡体内的传播。同时，通风不足还妨碍了鸡舍内温度和湿度的准确调节，导致二氧化碳和氨气浓度上升，进一步增加了禽类的压力，降低了它们对疾病的抵抗能力。

2、为了解决通风不足的问题，已经采用各种除尘方法，包括人工除尘。然而，人工除尘被证明是劳动密集型和耗时的，而且通常不能完全清除鸡舍内的微粉尘颗粒。这凸显了家禽养殖业急需更有效的通风解决方案。

3、近年来，一种利用电场除尘的方法已成为一种流行的除尘方法。这种技术包括建立一个电场，它能有效吸引和捕获尘埃粒子到带正电荷的收集器上，从而实现高效的除尘。然而，电场的设置和维护相对复杂，使得实施起来不够便捷。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种基于兔毛的摩擦纳米发电机及其应用方法。解决了在电场除尘领域中电场的设置和维护相对复杂、实施不便的问题，本发明可产生高电压，从而吸引和捕获密闭空间内的灰尘颗粒。

2、本发明采用的技术方案是：

3、一、一种基于兔毛的摩擦纳米发电机：

4、包括风杯、转子、定子、转轴、丙烯酸箱体、兔毛、第一电极和第二电极；

5、所述丙烯酸箱体为由多个亚克力板围成的方体密封结构，所述丙烯酸箱体内设置有转轴、定子和转子，转轴的上端穿出丙烯酸箱体的顶面后固定连接于布置在丙烯酸箱体上方的风杯，转轴的中部固定有转子，所述转子可转动地设置于定子内，定子固定于丙烯酸箱体内，定子的内壁沿周向间隔布置有多条轴向的第一电极，每相邻两条第一电极之间布置有轴向的第二电极，第一电极和第二电极之间不连接，多条第一电极连接后经一根引线连接至外部的整流桥交流端的正极/负极，多条第二电极连接后经一根引线连接至外部的整流桥交流端的负极/正极，整流桥的直流端连接用电装置，转子的外壁沿轴向间隔固定有兔毛，第一电极和第二电极的表面均覆盖有薄膜材料，所述风杯在风力作用下带动所述转轴转动进而转子外壁上的兔毛和所述薄膜材料发生摩擦，第一电极和第二电极感应兔毛和薄膜材料之间的电荷变化产生电流为用电装置供电。

6、每条第一电极一端伸入到定子和转子之间的间隙中进而使得第一电极表面覆盖的薄膜材料和兔毛摩擦接触，每条第一电极的另一端穿出定子后电连接在一起；每条第二电极一端伸入到定子和转子之间的间隙中进而使得第二电极表面覆盖的薄膜材料和兔毛摩擦接触，每条第二电极的另一端穿出定子后电连接在一起；

7、所述第一电极和第二电极穿出定子不同。

8、还包括第一轴承和第二轴承；所述丙烯酸箱体的顶部和底部分别固定安装有第一轴承和第二轴承，转轴的上端、下端分别转动连接在第一轴承和第二轴承中被支撑旋转。

9、所述兔毛均匀固定粘附在转子外壁周向间隔开设的轴向布置的第一凹槽内，所述第一电极和第二电极均固定在定子内壁沿轴向间隔开设的第二凹槽内，转子的长度为12cm，壁厚为3mm，定子的长度为12.5cm，壁厚3mm；所述第一凹槽和第二凹槽的长为11cm,宽0.5mm,深0.5mm；

10、所述定子的顶部设有密封盖，所述密封盖表面开设有用于转轴穿出的通孔，所述定子的外壁固定套装有固定板，固定板、丙烯酸箱体的底面和丙烯酸箱体的顶面同轴开设有多个螺纹孔，螺纹孔内插设有螺纹转轴将所述定子和固定板固定。

11、所述定子和转子的材料为光敏树脂且均采用3d打印技术制得。

12、所述第一电极和第二电极均为铜电极，所述薄膜材料为聚四氟乙烯薄膜材料。

13、所述的聚四氟乙烯薄膜材料厚度为0.08μm，铜电极双面导电，丙烯酸箱体利用激光切割组装完成，丙烯酸箱体长宽高分别为24cm,24cm,22cm。

14、所述用电装置为鸡舍内用于吸附粉尘的滤网。

15、所述基于兔毛的摩擦纳米发电机的应用为用于吸附粉尘的滤网供电。

16、二、一种基于兔毛的摩擦纳米发电机的应用方法：

17、将所述发电机置于用于吸附粉尘的滤网附近，所述发电机中定子内壁上的多条第一电极连接后经一根引线连接至外部的整流桥交流端的正极/负极，多条第二电极连接后经一根引线连接至外部的整流桥交流端的负极/正极，经整流桥后正负交替连接至多个滤网，所述风杯在风力作用下带动所述转轴转动进而转子外壁上的兔毛和所述薄膜材料发生静电摩擦，第一电极和第二电极感应电荷变化产生电流，电流通过引线经整流桥后连通过滤管道中的滤网，此时滤网上产生高压电场将粉尘进行过滤，粉尘被吸附在滤网表面。

18、所述滤网为铜网，铜网共5张，每张大小为10cm×10cm，铜网被两块丙烯酸塑料框固定住，插入过滤管道中。

19、本发明中所使用的兔毛材料得电子能力强大，有助于有效地感应出大量电荷，为发电机的电能输出提供了坚实的基础。兔毛相对密集，且其尖端常呈分叉状结构。这种密度和分叉结构为发电机提供了显著的优势，尤其是在提高输出电压方面。由于兔绒毛的细小而密集，当其与其他材料表面接触时，可以创造更多的微触点，增加了有效接触面积。

20、本发明发电机小巧轻便，容易集成到各种应用场景中。此外，发电机可以自主产生电能，通过摩擦运动产生高电压，表现出自给自足的特性，通过在适当位置安装发电机，并采用适当的结构设计，环境中的机械能可以驱动发电机产生高电压，从而吸引和捕获密闭空间内的灰尘颗粒。

21、本发明的有益效果：

22、1、相比于传统的以聚合物为主的摩擦层，本发明中的兔毛材料电荷捕获能力较强，且柔软致密，将其应用于农业环境风能的收集，具有更强的电信号和更低的启动力矩。

23、2、本发明克服了如今商业化农业除尘装置体积大、成本高、能源供应难、难以大范围布置的缺点，有力地促进超低磨损、低启动风速摩擦纳米发电机的商业化应用。

技术特征：

1.一种基于兔毛的摩擦纳米发电机，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种基于兔毛的摩擦纳米发电机，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的一种基于兔毛的摩擦纳米发电机，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的一种基于兔毛的摩擦纳米发电机，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的一种基于兔毛的摩擦纳米发电机，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的一种基于兔毛的摩擦纳米发电机，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的一种基于兔毛的摩擦纳米发电机，其特征在于：

8.一种如权利要求1-7任一所述发电机的应用，其特征在于：应用于为用于吸附粉尘的滤网供电。

9.一种如权利要求1-7任一所述发电机的应用方法，其特征在于：方法如下：

10.根据权利要求9所述的发电机的应用方法，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种基于兔毛的摩擦纳米发电机及其应用方法。发电机包括：丙烯酸箱体内设置有转轴、定子和转子，转轴上端固定连接风杯，转轴中部固定转子，转子置于定子内，定子的内壁沿周向间隔布置有多条轴向的第一电极和第二电极，多条第一电极连接后、第二电极连接后分别连接整流桥，整流桥连接用电装置，转子的外壁固定有兔毛，电极表面覆盖有薄膜材料，风杯在风力作用下带动转轴转动进而转子外壁上的兔毛和薄膜材料发生摩擦，第一电极和第二电极感应电荷变化产生电流为用电装置供电。本发明克服了商业化农业除尘装置体积大、成本高、能源供应难、难以大范围布置的缺点，且其中的兔毛材料电荷捕获能力较强，柔软致密。

技术研发人员：平建峰,侯若晖,李逊甲
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17