路燈裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種路燈裝置，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中由都市供電系統(tǒng)進(jìn)行供電的路燈存在的電能消耗大、且路燈周邊馬路上行走的車輛和行人所產(chǎn)生的機(jī)械能被浪費(fèi)的問題。該路燈裝置包括：路燈本體、納米摩擦發(fā)電機(jī)和蓄電裝置，其中，所述納米摩擦發(fā)電機(jī)設(shè)置于所述路燈本體相鄰的路面上，與所述蓄電裝置電連接，用于將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；所述蓄電裝置還與所述路燈本體電連接，用于將所述電能提供給路燈本體供電。
【專利說明】路燈裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電路領(lǐng)域，特別涉及一種路燈裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]路燈是人們夜間行走時(shí)必不可少的照明工具。目前，路燈通常是由都市供電系統(tǒng)提供的市電電源進(jìn)行供電的。
[0003]一方面，隨著路燈的大量普及，路燈照明所消耗的電能非常大。具體地，由于路燈數(shù)量龐大(動(dòng)輒數(shù)萬座甚至數(shù)十萬座)，而且，路燈照明時(shí)間長(zhǎng)，一般需要從傍晚一直照亮到黎明，因此，數(shù)量眾多的路燈整晚整晚地持續(xù)照明需要消耗大量的電能。在我國(guó)城市電能本來就不富裕的前提下，大量路燈的持續(xù)照明所消耗的電量，在城市的總供電量中，占據(jù)了不容忽視的比例。
[0004]另一方面，路燈周邊的馬路上不時(shí)路過的車輛和行人會(huì)對(duì)路面形成擠壓，從而產(chǎn)生機(jī)械能。每天，路燈周邊的馬路上都會(huì)路過形形色色的車輛和行人，這些車輛和行人在行走時(shí)所產(chǎn)生的機(jī)械能是非?？捎^的。但是，這部分機(jī)械能目前并沒有得到合理的利用，而是白白損失掉了。
[0005]由此可見，目前常見的由都市供電系統(tǒng)進(jìn)行供電的路燈存在著電能消耗大、且路燈周邊馬路上行走的車輛和行人所產(chǎn)生的機(jī)械能被浪費(fèi)的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種路燈裝置，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中由都市供電系統(tǒng)進(jìn)行供電的路燈存在的電能消耗大、且路燈周邊馬路上行走的車輛和行人所產(chǎn)生的機(jī)械能被浪費(fèi)的問題。
[0007]—種路燈裝置，包括:路燈本體、納米摩擦發(fā)電機(jī)和蓄電裝置，其中，所述納米摩擦發(fā)電機(jī)設(shè)置于所述路燈本體相鄰的路面上，與所述蓄電裝置電連接，用于將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；所述蓄電裝置還與所述路燈本體電連接，用于將所述電能提供給路燈本體供電。
[0008]本發(fā)明實(shí)施例中，通過設(shè)置在路面上的納米摩擦發(fā)電機(jī)將行人或車輛行走時(shí)對(duì)地面的壓力所產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，并通過蓄電裝置對(duì)納米摩擦發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電能進(jìn)行必要的處理后提供給路燈，從而實(shí)現(xiàn)路燈的照明。因此，本發(fā)明實(shí)施例中的路燈無需浪費(fèi)都市供電系統(tǒng)的電能，大大節(jié)約了能耗，而且，路燈周邊馬路上行走的車輛和行人所產(chǎn)生的機(jī)械能被路燈周邊的納米摩擦發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能從而實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈的供電，因此，既使得路燈周邊馬路上行走的車輛和行人所產(chǎn)生的機(jī)械能得到了合理的利用，又節(jié)約了路燈的能耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的路燈裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2a示出了當(dāng)路燈本體是位于十字路口的紅綠燈時(shí)納米摩擦發(fā)電機(jī)的位置示意圖；
[0011]圖2b示出了當(dāng)路燈本體是位于馬路兩側(cè)的路燈時(shí)納米摩擦發(fā)電機(jī)的位置示意圖；
[0012]圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的路燈裝置內(nèi)部的蓄電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖4示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的路燈裝置包含第一控制開關(guān)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖5示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的路燈裝置包含市電電源時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖6示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的路燈裝置由電路控制器控制市電電源和蓄電裝置時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的路燈裝置內(nèi)部的納米摩擦發(fā)電機(jī)一種【具體實(shí)施方式】的立體示意圖；
[0017]圖8為本發(fā)明圖7納米摩擦發(fā)電機(jī)的剖面示意圖；
[0018]圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的路燈裝置內(nèi)部的納米摩擦發(fā)電機(jī)另一種【具體實(shí)施方式】的立體示意圖；
[0019]圖10為本發(fā)明圖9納米摩擦發(fā)電機(jī)的剖面示意圖；
[0020]圖11為本發(fā)明生長(zhǎng)有氧化鋅納米線的硅基底示意圖；
[0021]圖12為本發(fā)明涂覆PVDF的硅基底示意圖；
[0022]圖13為本發(fā)明基底分離示意圖；
[0023]圖14為本發(fā)明實(shí)施例提供的路燈裝置內(nèi)部的納米摩擦發(fā)電機(jī)又一種【具體實(shí)施方式】的立體示意圖；
[0024]圖15為本發(fā)明圖14納米摩擦發(fā)電機(jī)的剖面示意圖；
[0025]圖16為本發(fā)明實(shí)施例提供的路燈裝置內(nèi)部的納米摩擦發(fā)電機(jī)再一種【具體實(shí)施方式】的立體示意圖；
[0026]圖17為本發(fā)明圖16納米摩擦發(fā)電機(jī)的剖面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為充分了解本發(fā)明之目的、特征及功效，借由下述具體的實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不僅僅限于此。
[0028]本發(fā)明提供了一種路燈裝置，可以解決現(xiàn)有技術(shù)中由都市供電系統(tǒng)進(jìn)行供電的路燈存在的電能消耗大、且路燈周邊馬路上行走的車輛和行人所產(chǎn)生的機(jī)械能被浪費(fèi)的問題。
[0029]圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的路燈裝置，包括:路燈本體61、納米摩擦發(fā)電機(jī)63和蓄電裝置62，其中，納米摩擦發(fā)電機(jī)63設(shè)置于路燈本體61相鄰的路面上，與蓄電裝置62電連接，用于將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；蓄電裝置62還與路燈本體61電連接，用于將納米摩擦發(fā)電機(jī)63產(chǎn)生的電能提供給路燈本體61供電；路燈本體61通常包括路燈座、路燈桿和路燈，蓄電裝置62主要是與路燈電連接。
[0030]其中，為了提高發(fā)電量，納米摩擦發(fā)電機(jī)63可以設(shè)置為多個(gè)并聯(lián)的納米摩擦發(fā)電機(jī)，這多個(gè)并聯(lián)的納米摩擦發(fā)電機(jī)可以分別設(shè)置在位于路燈本體61不同方位的路面上，以便從各個(gè)方向過來的車輛或行人都可以觸發(fā)納米摩擦發(fā)電機(jī)發(fā)電。例如，當(dāng)路燈本體61是位于十字路口的紅綠燈時(shí)，可以在路燈本體61的東南西北四個(gè)方向上分別設(shè)置四個(gè)或四組納米摩擦發(fā)電機(jī)63，如圖2a所示；當(dāng)路燈本體61是位于馬路兩側(cè)的路燈時(shí)，可以在路燈本體61朝向馬路的一側(cè)設(shè)置一個(gè)或一組納米摩擦發(fā)電機(jī)63，如圖2b所示。
[0031]關(guān)于納米摩擦發(fā)電機(jī)63的具體結(jié)構(gòu)和工作原理將在后面給予詳細(xì)的描述，下面先簡(jiǎn)單介紹一下本發(fā)明實(shí)施例中的蓄電裝置62。
[0032]蓄電裝置62可以設(shè)置在路燈本體的路燈座內(nèi)部，蓄電裝置62的輸入端與納米摩擦發(fā)電機(jī)63的輸出端相連，蓄電裝置62的輸出端與路燈本體61內(nèi)部的路燈相連。
[0033]由于納米摩擦發(fā)電機(jī)63所產(chǎn)生的電能通常為不穩(wěn)定的交流電，因此，蓄電裝置62的主要作用在于將不穩(wěn)定的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)楹愣妷旱碾娔埽瑥亩鵀槁窡艄╇?。圖3示出了蓄電裝置62的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，蓄電裝置62通常包括:降壓變壓器621、交直流轉(zhuǎn)換器622、儲(chǔ)能元件623以及升壓變壓器624。其中，降壓變壓器621的輸入端與納米摩擦發(fā)電機(jī)63的輸出端相連，用于對(duì)納米摩擦發(fā)電機(jī)63產(chǎn)生的電能進(jìn)行降壓處理，由于納米摩擦發(fā)電機(jī)63為高功率的納米摩擦發(fā)電機(jī)，因此，產(chǎn)生的電能的電壓通常比較高，因此，需要由降壓變壓器621進(jìn)行降壓，經(jīng)降壓變壓器621處理后的電信號(hào)依然為交流電信號(hào)。降壓變壓器621的輸出端與交直流轉(zhuǎn)換器622相連，交直流轉(zhuǎn)換器622主要用于將降壓變壓器621處理后的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，以便于儲(chǔ)能元件623存儲(chǔ)。儲(chǔ)能元件623中存儲(chǔ)的是直流電能，為了將該直流電能提供給外部電器供電，還需要由升壓變壓器624對(duì)儲(chǔ)能元件中存儲(chǔ)的電能進(jìn)行升壓處理。升壓變壓器輸出的電壓由路燈的額定電壓決定。
[0034]上述的交直流轉(zhuǎn)換器622進(jìn)一步包括:整流電路6221、濾波電路6222以及穩(wěn)壓電路6223。其中，整流電路6221用于對(duì)降壓變壓器621輸出的交流電能進(jìn)行整流，從而把大小和方向都隨時(shí)間變化的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榉较虿浑S時(shí)間變化，大小隨時(shí)間變化的單相脈動(dòng)直流電。濾波電路6222，用于將整流電路6221輸出的單相脈動(dòng)直流電中剩余的交流分量濾除，從而得到相對(duì)比較穩(wěn)定的直流電。穩(wěn)壓電路6223，用于對(duì)濾波電路6222輸出的比較穩(wěn)定的直流電進(jìn)一步進(jìn)行穩(wěn)壓處理，得到恒定的電壓信號(hào)。具體地，整流電路6221、濾波電路6222和穩(wěn)壓電路6223的具體電路器件和參數(shù)可根據(jù)需要進(jìn)行靈活地設(shè)計(jì)。
[0035]本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以根據(jù)需要對(duì)上述的蓄電裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，只要蓄電裝置輸出的電能與路燈的額定電流電壓相匹配即可。
[0036]上述的儲(chǔ)能元件623可以靈活選用鋰電池、鎳氫電池、超級(jí)電容等元件實(shí)現(xiàn)，只要能夠?qū)崿F(xiàn)儲(chǔ)能的目的即可。
[0037]另外，為了控制路燈的亮滅，本發(fā)明實(shí)施例提供的路燈裝置還可以進(jìn)一步包括第一控制開關(guān)60，該第一控制開關(guān)60設(shè)置在蓄電裝置62和路燈本體61之間，如圖4所示。當(dāng)希望路燈點(diǎn)亮?xí)r，開啟第一控制開關(guān)，當(dāng)希望路燈熄滅時(shí)，關(guān)閉第一控制開關(guān)。其中，第一控制開關(guān)可以是由用戶手動(dòng)操作的按鈕開關(guān)，或者，也可以是定時(shí)開關(guān)，例如，由定時(shí)控制電路控制第一控制開關(guān)每天晚上八點(diǎn)開啟，早晨六點(diǎn)關(guān)閉等。
[0038]另外，由于有些路段行人稀少，導(dǎo)致納米摩擦發(fā)電機(jī)63產(chǎn)生的電量可能不足以持續(xù)供給路燈照明。為此，本發(fā)明實(shí)施例提供的路燈裝置還可以進(jìn)一步通過市電電源供電。如圖5所示，路燈本體61進(jìn)一步與市電電源64連接，用于通過市電電源64供電。為了控制市電電源64何時(shí)向路燈供電，還可以在市電電源64和路燈本體61之間設(shè)置第二控制開關(guān)65。
[0039]優(yōu)選地，為了實(shí)現(xiàn)路燈由市電電源64或納米發(fā)電機(jī)63供電的效果，也可以通過一個(gè)電路控制器來代替圖4和圖5中的第一控制開關(guān)及第二控制開關(guān)。如圖6所示，電路控制器66具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端,兩個(gè)輸入端分別與蓄電裝置62和市電電源64相連，輸出端與路燈本體61相連。其中，兩個(gè)輸入端為二選一輸入端，例如，可以通過一個(gè)單刀雙擲開關(guān)來實(shí)現(xiàn)二選一的輸入端。如圖6所示，當(dāng)單刀雙擲開關(guān)扳向上方時(shí)，上面的輸入端發(fā)揮作用，由市電電源進(jìn)行供電；當(dāng)單刀雙擲開關(guān)扳向下方時(shí)，下面的輸入端發(fā)揮作用，由蓄電裝置進(jìn)行供電。
[0040]或者，上述的電路控制器也可以通過檢測(cè)蓄電裝置的電量是否充足來決定供電方式。例如，當(dāng)檢測(cè)到蓄電裝置電量充足時(shí)，由蓄電裝置對(duì)路燈供電；當(dāng)檢測(cè)到蓄電裝置電量不足時(shí)，由市電電源對(duì)路燈供電。具體地，可以通過軟件的計(jì)算機(jī)程序或硬件的電路芯片來控制上述的檢測(cè)過程，或者，也可以通過繼電器來實(shí)現(xiàn)上述的電路控制器的功能。例如，如果希望納米摩擦發(fā)電機(jī)優(yōu)先供電，當(dāng)納米摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能不足時(shí)再由市電電源供電，則可以將繼電器的常開點(diǎn)與蓄電裝置的輸出端連接，常閉點(diǎn)與市電電源的輸出端連接。這樣，當(dāng)蓄電裝置的電量充足時(shí)，由蓄電裝置進(jìn)行供電；當(dāng)蓄電裝置電量不足而沒有輸出電壓時(shí)，繼電器失電轉(zhuǎn)入常閉點(diǎn)從而由市電電源供電。
[0041]上面描述的電路控制器僅為示意性的，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以根據(jù)實(shí)際需求選取其他的電路器件實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電裝置和市電電源的控制?；蛘?，也可以設(shè)置為市電電源優(yōu)先供電，當(dāng)市電電源停電時(shí)由蓄電裝置進(jìn)行應(yīng)急供電等。通過納米摩擦發(fā)電機(jī)和市電電源為路燈供電提供了雙重保障，避免了因停電等故障造成的路燈不亮的情況。而且，通過納米摩擦發(fā)電機(jī)的使用，可以充分收集車輛或行人產(chǎn)生的機(jī)械能，將其轉(zhuǎn)化為電能，從而實(shí)現(xiàn)了路燈的自給供電，既節(jié)約了能耗，又干凈環(huán)保。
[0042]在發(fā)明本實(shí)施例提供的路燈裝置中，納米摩擦發(fā)電機(jī)是最核心的部件，正是由于本實(shí)施例中的納米摩擦發(fā)電機(jī)采用了高功率的納米摩擦發(fā)電機(jī)，才得以實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈的供電。
[0043]下面詳細(xì)介紹一下本發(fā)明實(shí)施例提供的納米摩擦發(fā)電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)。
[0044]下面詳細(xì)介紹一下本發(fā)明實(shí)施例提供的路燈裝置中的納米摩擦發(fā)電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)。
[0045]本發(fā)明實(shí)施例提供的路燈裝置中的納米摩擦發(fā)電機(jī)是一種高功率納米摩擦發(fā)電機(jī)，當(dāng)該摩擦發(fā)電機(jī)的各層向下彎曲時(shí)，摩擦發(fā)電機(jī)中的摩擦電極層與高分子聚合物層表面相互摩擦產(chǎn)生靜電荷，靜電荷的產(chǎn)生會(huì)使第一電極和摩擦電極層之間的電容發(fā)生改變，從而導(dǎo)致第一電極和摩擦電極層之間出現(xiàn)電勢(shì)差。由于第一電極層和摩擦電極層之間電勢(shì)差的存在，自由電子將通過外電路由電勢(shì)低的一側(cè)流向電勢(shì)高的一側(cè)，從而在外電路中形成電流。當(dāng)該摩擦發(fā)電機(jī)的各層恢復(fù)到原來狀態(tài)時(shí)，這時(shí)形成在第一電極層和摩擦電極層之間的內(nèi)電勢(shì)消失，此時(shí)已平衡的第一電極層和摩擦電極層之間將再次產(chǎn)生反向的電勢(shì)差，則自由電子通過外電路形成反向電流。通過反復(fù)摩擦和恢復(fù)，就可以在外電路中形成周期性的交流電信號(hào)。
[0046]本發(fā)明的路燈裝置中的納米摩擦發(fā)電機(jī)采用具有多個(gè)納米孔的高分子聚合物層與摩擦電極層進(jìn)行摩擦，由于設(shè)置的納米孔使得高分子聚合物層表面粗糙度增加，增加了摩擦電量；另外，每一個(gè)納米孔相當(dāng)于一個(gè)微型電容，能夠起到存儲(chǔ)電荷的作用，避免了摩擦電在瞬間釋放，從而增加了第一電極層和摩擦電極層之間的電勢(shì)差，電壓和電流輸出高，實(shí)現(xiàn)了摩擦發(fā)電機(jī)的高能量輸出。
[0047]如圖7和8所示，本發(fā)明一種【具體實(shí)施方式】的高功率納米摩擦發(fā)電機(jī)，包括依次層疊設(shè)置的第一電極層1，高分子聚合物層2，以及摩擦電極層3 ;高分子聚合物層2的相對(duì)摩擦電極層3的面上設(shè)有多個(gè)納米孔4 ;其中，摩擦電極層3包括摩擦薄膜層31和第二電極層32，所述摩擦薄膜層31相對(duì)高分子聚合物層2設(shè)置。所述高分子聚合物絕緣層2與摩擦薄膜層31的相對(duì)表面接觸摩擦，并在第一電極層I和第二電極層32處感應(yīng)出電荷；所述第一電極層I和第二電極層32為摩擦發(fā)電機(jī)的電壓和電流輸出電極，即摩擦發(fā)電機(jī)的輸出端。
[0048]第一電極層I和第二電極層32對(duì)所用材料沒有特殊規(guī)定，能夠形成導(dǎo)電層的材料都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，例如是銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線膜、金屬或合金，其中金屬是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、錫、鐵、錳、鑰、鎢或釩；合金是鋁合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鎢合金、鑰合金、鈮合金或鉭合金。本發(fā)明優(yōu)選的第一電極層I和第二電極層32材料是銅或鋁，厚度為0.05-0.2mm。
[0049]在本實(shí)施方式中，高分子聚合物層2所用材料是聚偏氟乙烯(PVDF)，其厚度為0.5-1.2mm (優(yōu)選1mm)，且其相對(duì)摩擦電極層3的面上設(shè)有多個(gè)納米孔4。每個(gè)納米孔4的尺寸，即寬度和深度，可以根據(jù)應(yīng)用的需要進(jìn)行選擇，優(yōu)選的納米孔4的尺寸為:寬度為IO-1OOnm以及深度為4_50 μ m。這些多個(gè)納米孔4可以均勻也可以不均勻的分布在摩擦電極層3的面上，優(yōu)選納米孔4均勻的分布在摩擦電極層3的面上，納米孔4的數(shù)量可以根據(jù)需要的輸出電流值和電壓值進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)選的這些多個(gè)納米孔4是孔間距為2-30 μ m的均勻分布，更優(yōu)選的平均孔間距為9 μ m的均勻分布。
[0050]摩擦薄膜層31所用材料可以是纖維薄膜(紙)或聚氯乙烯(PVC)等，厚度為0.2-1.5_。摩擦薄膜層31所用材料優(yōu)選銅版紙或牛皮紙等，市售的各種規(guī)格的銅版紙或牛皮紙均可應(yīng)用于本發(fā)明，更優(yōu)選的是規(guī)格100-250g/m2的銅版紙和規(guī)格80?120g/m2的牛皮紙。采用纖維薄膜(紙)作為摩擦薄膜層31，使得整個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)的成本得到了極大的降低。
[0051]根據(jù)發(fā)明人的研究發(fā)現(xiàn)，要提高納米摩擦發(fā)電機(jī)的能量輸出，相互接觸的摩擦層的兩種材料的配對(duì)是一種非常重要的影響因素。例如，紙與聚偏氟乙烯薄膜(PVDF)摩擦?xí)r，輸出的功率和電壓高。
[0052]如圖9和10所示，本發(fā)明另一種【具體實(shí)施方式】的高功率納米摩擦發(fā)電機(jī)，包括依次層疊設(shè)置的第一電極層1，高分子聚合物層2，以及摩擦電極層3 ;高分子聚合物層2的相對(duì)摩擦電極層3的面上設(shè)有多個(gè)納米孔4。所述高分子聚合物絕緣層2與摩擦電極層3的相對(duì)表面接觸摩擦，并在第一電極層I和摩擦電極層3處感應(yīng)出電荷；所述第一電極層I和摩擦電極層3為摩擦發(fā)電機(jī)的電壓和電流輸出電極。
[0053]第一電極層I對(duì)所用材料沒有特殊規(guī)定，能夠形成導(dǎo)電層的材料都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，例如是銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線膜、金屬或合金，其中金屬是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、錫、鐵、錳、鑰、鎢或釩；合金是鋁合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、鈮合金或鉭合金。本發(fā)明優(yōu)選的第一電極層I材料是銅或鋁，厚度為0.05-0.2mm。
[0054]在本實(shí)施方式中，高分子聚合物層2所用材料是聚偏氟乙烯(PVDF)，其厚度為0.5-1.2mm(優(yōu)選1.0mm)，且其相對(duì)摩擦電極層3的面上設(shè)有多個(gè)納米孔4。其中，每個(gè)納米孔4的尺寸，即寬度和深度，可以根據(jù)應(yīng)用的需要進(jìn)行選擇，優(yōu)選的納米孔4的尺寸為:寬度為IO-1OOnm以及深度為4-50 μ m。這些多個(gè)納米孔4可以均勻也可以不均勻的分布在摩擦電極層3的面上，優(yōu)選納米孔4均勻的分布在摩擦電極層3的面上，納米孔4的數(shù)量可以根據(jù)需要的輸出電流值和電壓值進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)選的這些多個(gè)納米孔4是孔間距為2-30 μ m的均勻分布，更優(yōu)選的平均孔間距為9 μ m的均勻分布。
[0055]根據(jù)發(fā)明人的研究發(fā)現(xiàn)，金屬與高分子聚合物摩擦，金屬更易失去電子，因此采用金屬電極與高分子聚合物摩擦也能提高能量輸出。因此，優(yōu)選的摩擦電極層3所用材料是金屬或合金，其中金屬是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、錫、鐵、錳、鑰、鎢或釩；合金是鋁合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金,更優(yōu)選的摩擦電極層3材料是銅或鋁，厚度為0.05-0.2mm。
[0056]下面詳細(xì)說明上述高功率納米摩擦發(fā)電機(jī)的制備方法。該方法包括如下步驟:
[0057]( I)制備具有納米線的基底
[0058]在基底的一個(gè)表面上垂直生長(zhǎng)氧化鋅納米線，得到具有納米線的基底。
[0059]本發(fā)明可以使用的基底可以是硅基底，鍍金或鍍鉻的玻璃基底等。
[0060]本發(fā)明采用常規(guī)水熱法生長(zhǎng)氧化鋅納米線陣列，例如采用環(huán)六亞甲基四胺(HMTA)和硝酸鋅六水合物(ZnN03.6 (H20))的混合物作為培養(yǎng)液，在適當(dāng)?shù)臏囟壤?0_95°C下，在硅基底上生長(zhǎng)氧化鋅納米線陣列。具體的，在一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，采用常規(guī)噴射濺鍍?cè)诠杌椎囊粋€(gè)面上生成一個(gè)厚度30-50nm的氧化鋅種子層。采用0.lmol/L濃度的由等摩爾的環(huán)六亞甲基四胺(HMTA)和硝酸鋅六水合物(ZnN03.6 (H20))組成的培養(yǎng)液，將硅基底的生成有氧化鋅種子層的面朝下，放在培養(yǎng)液頂部，在85°C下在機(jī)械對(duì)流加熱爐(型號(hào):Yama toDKMOO，加利福尼亞，圣克拉拉)中生長(zhǎng)，用去離子水沖洗生長(zhǎng)有氧化鋅納米線的硅基底并在空氣中干燥，得到氧化鋅納米線陣列。本發(fā)明對(duì)氧化鋅納米線的斷面形狀沒有特殊要求，規(guī)則矩形、六邊形、圓形或正方形等均可以應(yīng)用于本發(fā)明。如圖11所示，是生長(zhǎng)有圓形斷面的氧化鋅納米線的硅基底的示意圖。應(yīng)當(dāng)理解的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易根據(jù)需要的氧化鋅納米線的寬度，深度以及間距，調(diào)整納米氧化鋅線的生長(zhǎng)工藝條件，例如培養(yǎng)液濃度，生長(zhǎng)溫度和時(shí)間，使得所得氧化鋅納米線陣列優(yōu)選的均勻分布，且滿足使用要求，例如延長(zhǎng)生長(zhǎng)時(shí)間改變氧化鋅納米線的寬度和長(zhǎng)度。
[0061](2)制備具有納米孔的高分子聚合物薄膜
[0062]將聚合物材料的溶液涂覆于生長(zhǎng)有氧化鋅納米線的基底上，固化成高分子聚合物膜，然后分離基底，去除氧化鋅納米線，得到具有納米孔的高分子聚合物薄膜。
[0063]本發(fā)明所述固化是指:將聚合物材料溶液中的溶劑揮發(fā)掉，形成聚合物薄膜。常規(guī)干燥，加熱蒸發(fā)(例如水浴加熱)的方法均可以應(yīng)用于本發(fā)明。
[0064]具體的，將PVDF用二甲基甲酰胺(DMF)溶解PVDF，然后超聲處理，直至PVDF全部溶解；將上述配好的PVDF溶液通過旋轉(zhuǎn)涂覆均勻地直接涂覆在步驟(I)制備的硅基底表面，涂覆完畢后真空干燥。圖12所示是涂覆有聚合物材料的硅基底(生長(zhǎng)有氧化鋅納米線)示意圖。
[0065]干燥后，將硅基底移除，圖13所示是基底分離示意圖。然后采用酸蝕刻法將氧化鋅納米線酸蝕掉，具體的，采用稀鹽酸、稀硫酸或稀硝酸等常規(guī)無機(jī)酸，將氧化鋅納米線腐蝕掉，得到具有多個(gè)納米孔的高分子聚合物薄膜。
[0066]( 3 )制成納米摩擦發(fā)電機(jī)
[0067]將步驟(2)所得的具有納米孔的高分子聚合物薄膜作為高分子聚合物層，依次層疊設(shè)置第一電極層1，高分子聚合物層2，以及摩擦電極層3，得到納米摩擦發(fā)電機(jī)。將該摩擦發(fā)電機(jī)的邊緣用普通膠布密封。
[0068]可以采用常規(guī)現(xiàn)有技術(shù)在高分子聚合物層2上設(shè)置第一電極層1，例如在高分子聚合物層2上粘貼第一電極層1，或者通過化學(xué)沉積或物理沉積的方法(例如射頻濺鍍，蒸鍍等方法)在高分子聚合物層2上沉積第一電極層I。
[0069]當(dāng)摩擦電極層3包括層疊設(shè)置的摩擦薄膜層31和第二電極層32時(shí)，在摩擦薄膜層31上設(shè)置第二電極層32的方法也可以是粘貼，化學(xué)沉積或物理沉積等方法。
[0070]根據(jù)納米摩擦發(fā)電機(jī)的工作原理，在發(fā)電機(jī)工作的過程中，兩個(gè)摩擦面需要不斷的接觸摩擦和分離，而一直處于接觸狀態(tài)或者分離狀態(tài)時(shí)，發(fā)電機(jī)則不能具有很好的輸出性能。因此，為了能夠制作出性能優(yōu)異的發(fā)電機(jī)，發(fā)明人對(duì)發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。如圖14和15所示的拱形的高功率納米摩擦發(fā)電機(jī)，包括依次層疊設(shè)置的第一電極層1，高分子聚合物層2，以及摩擦電極層3 ;高分子聚合物層2的相對(duì)摩擦電極層的面上設(shè)有多個(gè)納米孔4 ;摩擦電極層3包括摩擦薄膜層31和第二電極層32，所述摩擦薄膜層31相對(duì)高分子聚合物層2設(shè)置。其中，所述摩擦電極層3作為一個(gè)整體相對(duì)高分子聚合物層2向外拱起形成凸面，并在摩擦電極層3與高分子聚合物層2之間形成間隙，使兩個(gè)摩擦面在不受力的情況下能夠自動(dòng)彈起。除摩擦電極層3形成凸面外，圖14和15所示的高功率納米摩擦發(fā)電機(jī)的各層結(jié)構(gòu)與圖7所示的高功率納米摩擦發(fā)電機(jī)相同，因此第一電極層I，高分子聚合物層2，摩擦電極層3以及納米孔4各層的適用選擇可以參考上文，這里不再贅述。
[0071]如圖16和17所示的拱形結(jié)構(gòu)高功率納米摩擦發(fā)電機(jī)，其包括依次層疊設(shè)置的第一電極層1，高分子聚合物層2，以及摩擦電極層3 ;高分子聚合物層2的相對(duì)摩擦電極層的面上設(shè)有多個(gè)納米孔4。其中，所述摩擦電極層3相對(duì)高分子聚合物層2向外拱起形成凸面，并在摩擦電極層3與高分子聚合物層2之間形成間隙，使兩個(gè)摩擦面在不受力的情況下能夠自動(dòng)彈起。圖16和17所示的高功率納米摩擦發(fā)電機(jī)的各層結(jié)構(gòu)與圖9所示的高功率納米摩擦發(fā)電機(jī)相同，因此第一電極層1，高分子聚合物層2，摩擦電極層3以及納米孔4各層的適用選擇可以參考上文，這里不再贅述。
[0072]雖然上文僅示例性描述了摩擦電極層3向外拱起的拱形的高功率納米摩擦發(fā)電機(jī)，應(yīng)當(dāng)理解的是，基于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)很容易實(shí)現(xiàn)高分子聚合物層2相對(duì)摩擦電極層3向外拱起形成凸面，并在摩擦電極層3與高分子聚合物層2之間形成間隙，使兩個(gè)摩擦面在不受力的情況下能夠自動(dòng)彈起。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍是摩擦電極層和高分子聚合物層中的至少一個(gè)向外拱起形成凸面，使得摩擦電極層與高分子聚合物層之間形成間隙。在一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，依照高分子聚合物層2與摩擦電極層3的長(zhǎng)度比為21:20或20:21，得到了拱形的高功率納米摩擦發(fā)電機(jī)。
[0073]下面詳細(xì)說明拱形結(jié)構(gòu)高功率納米摩擦發(fā)電機(jī)的制備方法，步驟(I)制備具有納米線的基底與步驟制備具有納米孔的高分子聚合物薄膜(2)與上文所述相同，這里不再贅述，下面僅詳細(xì)說明步驟(3):[0074]a.將第一電極層I設(shè)置到高分子聚合物層2上，形成第一電極層1_高分子聚合物
層2的層疊體。
[0075]b.將摩擦電極層3放置到步驟a所得層疊體的高分子聚合物層2上，并且將所述層疊體與摩擦電極層3的一端固定。
[0076]具體的，例如所述層疊體與摩擦電極層3是矩形時(shí)，采用膠布粘貼或者熱封的方法將層疊體與摩擦電極層3的短邊端中的其中一個(gè)固定。
[0077]c.將摩擦電極層3拱起，然后將層疊體與摩擦電極層3的固定端的相對(duì)端進(jìn)行固定。
[0078]具體的，例如所述層疊體與摩擦電極層3是矩形時(shí)，將層疊體與摩擦電極層3的另一個(gè)短邊端固定。
[0079]下面通過具體的實(shí)施例來闡述本發(fā)明提供的路燈裝置中的納米摩擦發(fā)電機(jī)的方法的實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，這不應(yīng)被理解為對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求范圍的限制。
[0080]實(shí)施例1
[0081]如圖7和8所示，本實(shí)施例高功率納米摩擦發(fā)電機(jī)尺寸為4.5cm (長(zhǎng)度)X 1.2cm(寬度)，其包括依次層疊設(shè)置的第一電極層I (0.1mm厚的鋁層)，高分子聚合物層2 (Imm厚的聚偏氟乙烯)，以及摩擦電極層3。摩擦電極層3包括摩擦薄膜層31 (1.0mm厚的銅版紙(規(guī)格200g/m2))和第二電極層32 (0.1mm厚的銅層)，所述摩擦薄膜層31相對(duì)高分子聚合物層2設(shè)置。高分子聚合物層2的相對(duì)摩擦電極層3的面上設(shè)有多個(gè)納米孔4 (寬度約為60nm,深度約為8μηι,以及孔間距平均為9μπι)。所述第一電極層I和第二電極層32為摩擦發(fā)電機(jī)的電壓和電流輸出電極。
[0082]下面詳細(xì)說明該高功率納米摩擦發(fā)電機(jī)的制備方法。
[0083]( I)制備具有納米線的基底
[0084]采用常規(guī)噴射濺鍍?cè)诠杌椎囊粋€(gè)面上生成厚度40nm的氧化鋅種子層。采用0.lmol/L濃度的由等摩爾的環(huán)六亞甲基四胺(HMTA)和硝酸鋅六水合物(ZnNO3 *6 (H2O))組成的培養(yǎng)液，將娃基底的生成有氧化鋅種子層的面朝下，放在培養(yǎng)液頂部，在85°C下在機(jī)械對(duì)流加熱爐(型號(hào):Yama to DKN400，加利福尼亞，圣克拉拉)中生長(zhǎng)6小時(shí)，用去離子水沖洗生長(zhǎng)有氧化鋅納米線的硅基底并在空氣中干燥，得到的氧化鋅納米線陣列。
[0085](2)制備具有納米孔的高分子聚合物薄膜
[0086]將PVDF放入燒杯中，然后將二甲基甲酰胺(DMF)加入到燒杯中溶解PVDF，得到濃度11.7wt%的PVDF溶液。然后將燒杯用保鮮膜封住，超聲處理30min，PVDF全部溶解，然后待用。
[0087]將上述配好的PVDF溶液通過旋轉(zhuǎn)涂覆均勻地直接涂覆在步驟(1)制備的硅基底的生長(zhǎng)有納米氧化鋅線的表面，涂覆完畢后在80°C進(jìn)行真空干燥。
[0088]干燥完成后，將硅基底移除。然后采用濃度3?丨％的稀鹽酸將氧化鋅納米線酸蝕掉，得到PVDF聚合 物薄膜，其中該薄膜一個(gè)表面上具有的納米孔為:寬度約為60nm，深度約為8 μ m,以及孔間距平均為9 μ m。
[0089]( 3 )制成納米摩擦發(fā)電機(jī)
[0090]將步驟(2)所得的具有納米孔的高分子聚合物薄膜作為高分子聚合物層，將0.1mm厚的鋁層粘貼在高分子聚合物層2上，得到第一電極層1_高分子聚合物層2的層疊體；將0.1mm厚的銅層粘貼在銅版紙上，得到摩擦電極層3。按照高分子聚合物層2相對(duì)銅版紙，將摩擦電極層3放置到上述層疊體上，然后邊緣用普通膠布密封，得到納米摩擦發(fā)電機(jī)1#。
[0091]該摩擦發(fā)電機(jī)1#在1-V (電流-電壓)的測(cè)量中表現(xiàn)出典型的開路特征。使用周期振蕩(0.33Hz和0.13%的形變)的步進(jìn)電機(jī)使摩擦發(fā)電機(jī)1#發(fā)生周期的彎曲和釋放，摩擦發(fā)電機(jī)1#的最大輸出電壓和電流信號(hào)分別達(dá)到了 800V和750 μ A。
[0092]實(shí)施例2-3
[0093]實(shí)施例2和3采用與實(shí)施例1基本相同的方法進(jìn)行制備，不同之處列于下表:
[0094]表1
[0095]
【權(quán)利要求】
1.一種路燈裝置，其特征在于，包括:路燈本體、納米摩擦發(fā)電機(jī)和蓄電裝置，其中， 所述納米摩擦發(fā)電機(jī)設(shè)置于所述路燈本體相鄰的路面上，與所述蓄電裝置電連接，用于將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能； 所述蓄電裝置還與所述路燈本體電連接，用于將所述電能提供給路燈本體供電。
2.如權(quán)利要求1所述的路燈裝置，其特征在于，所述納米摩擦發(fā)電機(jī)為多個(gè)并聯(lián)的納米摩擦發(fā)電機(jī)，所述多個(gè)并聯(lián)的納米摩擦發(fā)電機(jī)分別設(shè)置在位于路燈本體不同方位的路面上。
3.如權(quán)利要求1所述的路燈裝置，其特征在于，所述蓄電裝置包括:與所述納米摩擦發(fā)電機(jī)的輸出端相連的降壓變壓器；與所述降壓變壓器相連的交直流轉(zhuǎn)換器；與所述交直流轉(zhuǎn)換器相連的儲(chǔ)能元件；以及與所述儲(chǔ)能元件相連的升壓變壓器。
4.如權(quán)利要求1所述的路燈裝置，其特征在于，還包括:連接在所述蓄電裝置和所述路燈本體之間的第一控制開關(guān)。
5.如權(quán)利要求1所述的路燈裝置，其特征在于，還包括:與所述路燈本體電連接的市電電源。
6.如權(quán)利要求5所述的路燈裝置，其特征在于，還包括:連接在所述市電電源和所述路燈本體之間的第二控制開關(guān)。
7.如權(quán)利要求5所述的路燈裝置，其特征在于，還包括:電路控制器，所述電路控制器具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，所述兩個(gè)輸入端分別與所述蓄電裝置和所述市電電源相連，所述輸出端 與所述路燈本體相連，其中，所述兩個(gè)輸入端為二選一輸入端。
8.如權(quán)利要求7所述的路燈裝置，其特征在于，所述電路控制器為繼電器。
9.如權(quán)利要求1所述的路燈裝置，其特征在于，所述納米摩擦發(fā)電機(jī)包括:依次層疊設(shè)置的第一電極層，高分子聚合物層，以及摩擦電極層；高分子聚合物層的相對(duì)摩擦電極層的面上設(shè)有多個(gè)納米孔；所述第一電極層和摩擦電極層為摩擦發(fā)電機(jī)的電壓和電流輸出電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的路燈裝置，其特征在于，所述高分子聚合物層所用材料是聚偏氟乙烯。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的路燈裝置，其特征在于，所述高分子聚合物層表面上設(shè)置的納米孔寬度為IO-1OOnm以及深度為4_50 μ m。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的路燈裝置，其特征在于，所述摩擦電極層所用材料選自金屬或合金，厚度為0.05-0.2mm;其中金屬是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、錫、鐵、錳、鑰、鎢或鑰;；合金是招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金；所述摩擦電極層所用材料優(yōu)選銅或鋁。
13.根據(jù)權(quán)利要求9-12任一項(xiàng)所述的路燈裝置，其特征在于，所述摩擦電極層包括層疊設(shè)置的摩擦薄膜層和第二電極層，所述摩擦薄膜層相對(duì)高分子聚合物層設(shè)置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的路燈裝置，其特征在于，所述摩擦薄膜層所用材料是纖維薄膜或聚氯乙烯，優(yōu)選銅版紙或牛皮紙；所述第二電極層所用材料選自銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線膜、金屬或合金，其中金屬是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、錫、鐵、錳、鑰、鎢或鑰;；合金是招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的路燈裝置，其特征在于，所述摩擦電極層和高分子聚合物層中的至少一個(gè)向外拱起形成凸面，使得摩擦電極層與高分子聚合物層之間形成間隙。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的路燈裝置，其特征在于，所述第一電極層所用材料是銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線膜、金屬或合金，其中金屬是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、錫、鐵、猛、鑰、鶴或鑰;；合金是招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、`銦`合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金。
【文檔編號(hào)】F21S9/04GK103868001SQ201210543512
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月14日
【發(fā)明者】徐傳毅, 王中林 申請(qǐng)人:納米新能源（唐山）有限責(zé)任公司