申请/专利权人：南方科技大学

申请日：2019-06-21

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN110242005B

主分类号：E04F15/02

分类号：E04F15/02;H02N1/04

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2019.10.15#实质审查的生效;2019.09.17#公开

摘要：本发明公开了一种磁粘性体发电地板及其制作方法，所述磁粘性体发电地板包括：基座、设置在所述基座上的第一电极和第二电极、与所述基座弹性连接的地板本体、设置在所述地板本体上的磁体；所述磁体、所述第二电极以及所述第一电极沿所述地板本体的弹性方向依次排列，所述第一电极与所述第二电极之间具有间隙，所述第一电极背离所述磁体的一侧设置有磁粘性层。由于磁体与第二电极没有接触，这种非接触式的推动方式，极大程度地降低了人为踩踏误差引起的微观不稳定性，进一步提高了电压输出稳定性。

主权项：1.一种磁粘性体发电地板，其特征在于，包括：基座、设置在所述基座上的第一电极和第二电极、与所述基座弹性连接的地板本体、设置在所述地板本体上的磁体；所述磁体、所述第二电极以及所述第一电极沿所述地板本体的弹性方向依次排列，所述第一电极与所述第二电极之间具有间隙，所述第一电极背离所述磁体的一侧设置有磁粘性层；所述磁粘性层中存在磁性颗粒。

全文数据：一种磁粘性体发电地板及其制作方法技术领域本发明涉及发电地板技术领域，尤其涉及的是一种磁粘性体发电地板及其制作方法。背景技术纳米发电机（Nanogenerator，NG）是一种使用新型的能够自供能量的纳米技术制作而成的发电机，属于世界上最小的发电机。它是一种能够将微小物理变化引起的机械能或者热能转换成电能的技术装置。纳米发电机目前有三种主要的模式，分别为压电式纳米发电机（PENG），摩擦电式纳米发电机（TENG）和热释电式纳米发电机（PNG）三类。现有技术中，利用地板发电时，地板与发电薄膜直接接触，人踩踏地板的推动力不稳定造成微观层面上的位移较大从而导致发电地板的电压波动较大。因此，现有技术还有待于改进和发展。发明内容本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种磁粘性体发电地板及其制作方法，旨在解决现有技术中发电地板的电压波动较大的问题。本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：一种磁粘性体发电地板，其中，包括：基座、设置在所述基座上的第一电极和第二电极、与所述基座弹性连接的地板本体、设置在所述地板本体上的磁体；所述磁体、所述第二电极以及所述第一电极沿所述地板本体的弹性方向依次排列，所述第一电极与所述第二电极之间具有间隙，所述第一电极背离所述磁体的一侧设置有磁粘性层。所述的磁粘性体发电地板，其中，所述第一电极包括：与所述磁粘性层连接的第一支撑层、与所述第一支撑层连接的第一ITO薄膜。所述的磁粘性体发电地板，其中，所述第一支撑层包括：与所述第一ITO薄膜连接的导电层。所述的磁粘性体发电地板，其中，所述第一支撑层还包括：与所述导电层连接的聚酯薄膜。所述的磁粘性体发电地板，其中，所述第二电极包括：与所述第一电极相对的PDMS薄膜、与所述PDMS薄膜连接的第二ITO薄膜以及与所述第二ITO薄膜连接的第二支撑层。所述的磁粘性体发电地板，其中，所述磁粘性层包括：基底层、分散在所述基底层中的纳米四氧化三铁颗粒。所述的磁粘性体发电地板，其中，所述基底层为PDMS层。所述的磁粘性体发电地板，其中，所述地板本体上设置有若干个导向柱，所述地板本体通过弹性装置与所述基座弹性连接，所述弹性装置包括：设置在所述基座上并与所述导向柱配合的导向槽、设置在所述导向槽内的弹簧；所述弹簧一端与所述导向柱接触，另一端与所述导向槽的底部接触。一种如上述任意一项所述的磁粘性体发电地板的制作方法，其中，包括以下步骤：制备磁粘性层、第一电极以及第二电极，并在基座上依次连接磁粘性层、第一电极、第二电极；将磁体连接在地板本体上后，将地板本体连接在基座上得到所述磁粘性体发电地板。所述的磁粘性体发电地板的制作方法，其中，所述制备磁粘性层步骤具体包括：采用固相反应法或化学共沉积法制备纳米四氧化三铁颗粒；根据磁粘性体发电地板的发电量需求，将预设量的纳米四氧化三铁颗与PDMS混合后固化得到磁粘性层。有益效果：由于磁体与第二电极没有接触，这种非接触式的推动方式，极大程度地降低了人为踩踏误差引起的微观不稳定性，进一步提高了电压输出稳定性。附图说明图1是本发明中磁粘性体发电地板的结构示意图。图2是本发明中第一电极和第二电极的结构示意图。图3是本发明中第一电极的第一结构示意图。图4是本发明中第一电极的第二结构示意图。图5是本发明中磁粘性体发电地板的第一原理示意图。图6是本发明中磁粘性体发电地板的第二原理示意图。附图标记说明10：磁体；11：地板本体；20：基座；21：导向槽；22：弹簧；30：第一电极；31：第一支撑层；311：导电层；312：聚酯薄膜；32：第一ITO薄膜；33：磁粘性层；40：第二电极；41：PDMS薄膜；42：第二ITO薄膜；43：第二支撑层；50：导线。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。请同时参阅图1-图6，本发明提供了一种磁粘性体发电地板的一些实施例。如图1和图2所示，本发明的一种磁粘性体发电地板，包括：基座20、设置在所述基座20上的第一电极30和第二电极40、与所述基座20弹性连接的地板本体11、设置在所述地板本体11上的磁体10；所述磁体10、所述第二电极40以及所述第一电极30沿所述地板本体11的弹性方向依次排列，所述第一电极30与所述第二电极40之间具有间隙，所述第一电极30背离所述磁体10的一侧设置有磁粘性层33。值得说明的是，磁粘性体发电地板的原理如下：请同时参见图1和图6，在踩踏地板本体11时，由于地板本体11与基座20之间弹性连接，也就是说，地板本体11会向基座20方向（向下，即图中的向下方向）位移，磁体10也就向下位移，当磁体10与磁粘性层33的距离较近时，磁粘性层33被磁化，则会对第一电极30产生作用力，第一电极30发生逐渐形变，第一电极30和第二电极40之间的间隙逐渐变小，并发生碰撞和摩擦，从而产生电能。磁体10与磁粘性层33的最小距离在1-20mm内时，可以确保磁体10的磁吸力有效，也就是说，在磁体10靠近磁粘性层33到1-20mm范围内时，即可实现发电。请同时参见图1和图5，在磁体10到达最小距离后朝远离磁粘性层33的方向（向上，即图1中的向上方向）移动，磁粘性层33会退磁化，磁粘性层33对第一电极30的作用力减弱并消失，第一电极30恢复形变，第一电极30和第二电极40之间的间隙恢复。通过控制磁粘性层33的磁化和退磁化，可以使第一电极30和第二电极40之间不断发生碰撞和摩擦，而产生电能。磁体10采用永磁体10。磁粘性层33与磁铁10之间的距离越远，电输出越小，并且磁体10运动频率也直接影响电输出功率。采用磁粘性层33和磁体10配合进行发电，有利于制成微型发电装置，磁粘性层33中的磁性颗粒通常为纳米颗粒，即使制成微型发电装置，磁粘性层33依然可以正常工作，且输出的电压稳定。磁体10与第二电极40（或磁粘性层33）没有接触，这种非接触式的推动方式，极大程度地降低了人为踩踏误差引起的微观不稳定性，进一步提高了电压输出稳定性。在本发明的一个较佳实施例中，所述磁粘性层33包括：基底层、分散在所述基底层中的纳米四氧化三铁颗粒。所述基底层为聚二甲基硅氧烷（PDMS）层。具体地，本发明中纳米四氧化三铁颗粒采用固相反应法或化学共沉淀法制备，优选地，采用化学共沉淀法制备纳米四氧化三铁颗粒，相比于固相反应法，化学共沉淀法可以获得较纯净的纳米四氧化三铁颗粒，不会产生其他杂质颗粒。纳米四氧化三铁颗粒通过分散剂分散在基底层中，在没有磁场的影响时，纳米四氧化三铁颗粒在基底层中，第一电极30和第二电极40之间存在间隙。由于磁体10的磁场的影响，纳米四氧化三铁颗粒被磁化，形成整体上朝向磁体10位移。因此，磁粘性层33对第一电极30的作用力的大小可以通过磁体10与磁粘性层33之间的最小距离来控制。纳米四氧化三铁与基底层（即PDMS层）的体积比越高，输出电压越高，纳米四氧化三铁与基底层的体积比为20%-50%。在本发明的一个较佳实施例中，如图1所示，所述地板本体11上设置有若干个导向柱（图中未示出），所述地板本体11通过弹性装置与所述基座20弹性连接，所述弹性装置包括：设置在所述基座20上并与所述导向柱配合的导向槽21、设置在所述导向槽21内的弹簧22；所述弹簧22一端与所述导向柱接触，另一端与所述导向槽21的底部接触。具体地，当地板本体11被踩踏时，导向柱插入到导向槽21中并压缩弹簧22，地板本体11带动磁体10向下移动产生电能。当脱离地板本体11时，弹簧22恢复形变，对导向柱产生推力，使地板本体11恢复到原来的位置上，地板本体11带动磁体10恢复到原来的位置上。在地板本体11不断被踩踏和恢复的过程中，磁粘性体发电地板将机械能转换为电能。在本发明的一个较佳实施例中，如图2-图4所示，所述第一电极30包括：与所述磁粘性层33连接的第一支撑层31、与所述第一支撑层31连接的第一氧化铟锡（ITO）薄膜32。所述第一支撑层31包括：与所述第一ITO薄膜32连接的导电层311。所述第一支撑层31还包括：与所述导电层311连接的聚酯薄膜312，优选地，聚酯薄膜为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜，当然还可以是其它聚酯薄膜，例如，聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜。具体地，第一支撑层31起到支撑作用并提供形变后的反弹应力，当然在一些较佳实施例中，导电层311足够起到支撑和提供反弹应力时，可以不设置PET薄膜。导电层311可以采用铜或银等导电性好的材料制成，当然也可以采用低温液态金属，如：镓铟合金、镓铟锡合金，并将低温液态金属直接打印在第一ITO薄膜上。当然也可以采用导电层＋PET薄膜的方式，确保第一支撑层31的支撑和提供反弹应力的性能。如图3和图4所示，导电层311可以采用蛇形结构或者环形结构，既方便电流传输，又利于发生形变和恢复形变，延长导电层311的使用寿命。在本发明的一个较佳实施例中，如图2所示，所述第二电极40包括：与所述第一电极30相对的聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜41、与所述PDMS薄膜连接的第二氧化铟锡（ITO）薄膜42以及与所述第二ITO薄膜42连接的第二支撑层43。具体地，PDMS薄膜与第二ITO薄膜贴合，其中PDMS薄膜与第二ITO薄膜的贴合面被极化带正电，而另一面（自由面）带负电。第二支撑层与第一支撑层31的结构是一样的。本发明具有以下优点：（1）本发明的发电地板属于非接触发电地板，结构简单，设计紧凑，各部分相对独立，便于微型化，方便维护和检修；（2）本发明的发电地板具有良好互换性、可以实现模块化、系列化和快速设计；（3）本发明的发电地板对工作环境无特殊要求，能够适应各种特殊环境，可应用于灰尘、水下等极端环境，极大地提高了发电地板的稳定性、可靠性和经济性。本发明还提供了一种如上述任意一实施例所述的磁粘性体发电地板的制作方法的较佳实施例：本发明实施例所述一种磁粘性体发电地板的制作方法，包括以下步骤：步骤S100、制备磁粘性层33、第一电极30以及第二电极40，并在基座20上依次连接磁粘性层33、第一电极30、第二电极40。具体地，制备磁粘性层33步骤具体包括：采用固相反应法或化学共沉积法制备纳米四氧化三铁颗粒；根据磁粘性体发电地板的发电量需求，将预设量的纳米四氧化三铁颗与PDMS混合后固化得到磁粘性层33。纳米四氧化三铁颗粒与PDMS的体积比与电压有如下关系：在2×2厘米的薄膜上，当体积分数为50%时，输出电压约为60V；当体积分数为30%时，输出电压约为50V；当体积分数为25%时，输出电压约为45V；当体积分数为20%时，输出电压约为35V。第一电极30和第二电极40中都要使用到导电层311和PET薄膜。第一电极30和第二电极40中的PET-ITO复合薄膜（支撑层+导电层+ITO薄膜）可以采用相同的步骤获得。具体地，将聚对苯二甲酸乙二醇酯材料拉伸形成PET薄膜，在PET薄膜表面引出导线50，或通过3D打印喷涂液态金属的导电层311，并通过磁控溅射氧化铟锡（ITO）制备贴合在PET薄膜内表面的ITO薄膜从而得到第一电极30。这里导线50可以在磁控溅射氧化铟锡（ITO）之前完成，也可以在磁控溅射氧化铟锡（ITO）后，在氧化铟锡（ITO）表面引出。将一块PET-ITO复合薄膜的PET薄膜的一面与磁粘性层33贴合后，通过固定夹具固定在基座20上。将PDMS薄膜贴合在另一块PET-ITO复合薄膜上得到第二电极40，再将第二电极40固定在基座20上。步骤S200、将磁体10连接在地板本体11上后，将地板本体11连接在基座20上得到所述磁粘性体发电地板。具体地，将弹簧22放入到导向槽21中，然后将导向柱插入到导向槽21中完成地板本体11与基座20的弹性连接。综上所述，本发明所提供的一种磁粘性体发电地板及其制作方法，所述磁粘性体发电地板包括：基座、设置在所述基座上的第一电极和第二电极、与所述基座弹性连接的地板本体、设置在所述地板本体上的磁体；所述磁体、所述第二电极以及所述第一电极沿所述地板本体的弹性方向依次排列，所述第一电极与所述第二电极之间具有间隙，所述第一电极背离所述磁体的一侧设置有磁粘性层。由于磁体与第二电极没有接触，这种非接触式的推动方式，极大程度地降低了人为踩踏误差引起的微观不稳定性，进一步提高了电压输出稳定性。应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

权利要求：1.一种磁粘性体发电地板，其特征在于，包括：基座、设置在所述基座上的第一电极和第二电极、与所述基座弹性连接的地板本体、设置在所述地板本体上的磁体；所述磁体、所述第二电极以及所述第一电极沿所述地板本体的弹性方向依次排列，所述第一电极与所述第二电极之间具有间隙，所述第一电极背离所述磁体的一侧设置有磁粘性层。2.根据权利要求1所述的磁粘性体发电地板，其特征在于，所述第一电极包括：与所述磁粘性层连接的第一支撑层、与所述第一支撑层连接的第一ITO薄膜。3.根据权利要求2所述的磁粘性体发电地板，其特征在于，所述第一支撑层包括：与所述第一ITO薄膜连接的导电层。4.根据权利要求3所述的磁粘性体发电地板，其特征在于，所述第一支撑层还包括：与所述导电层连接的聚酯薄膜。5.根据权利要求1所述的磁粘性体发电地板，其特征在于，所述第二电极包括：与所述第一电极相对的PDMS薄膜、与所述PDMS薄膜连接的第二ITO薄膜以及与所述第二ITO薄膜连接的第二支撑层。6.根据权利要求1所述的磁粘性体发电地板，其特征在于，所述磁粘性层包括：基底层、分散在所述基底层中的纳米四氧化三铁颗粒。7.根据权利要求6所述的磁粘性体发电地板，其特征在于，所述基底层为PDMS层。8.根据权利要求1所述的磁粘性体发电地板，其特征在于，所述地板本体上设置有若干个导向柱，所述地板本体通过弹性装置与所述基座弹性连接，所述弹性装置包括：设置在所述基座上并与所述导向柱配合的导向槽、设置在所述导向槽内的弹簧；所述弹簧一端与所述导向柱接触，另一端与所述导向槽的底部接触。9.一种如权利要求1-8任意一项所述的磁粘性体发电地板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：制备磁粘性层、第一电极以及第二电极，并在基座上依次连接磁粘性层、第一电极、第二电极；将磁体连接在地板本体上后，将地板本体连接在基座上得到所述磁粘性体发电地板。10.根据权利要求9所述的磁粘性体发电地板的制作方法，其特征在于，所述制备磁粘性层步骤具体包括：采用固相反应法或化学共沉积法制备纳米四氧化三铁颗粒；根据磁粘性体发电地板的发电量需求，将预设量的纳米四氧化三铁颗与PDMS混合后固化得到磁粘性层。

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