环境风能收集与空气净化百叶窗

1.本发明涉及一种百叶窗，尤其涉及一种环境风能收集与空气净化百叶窗。


背景技术：

2.摩擦纳米发电机(teng)通过摩擦起电效应，将两种不同的电极材料之间发生摩擦使其产生电势差，外部的电路为了达到电势的平衡，则会发生电子的流动转移。摩擦纳米发电机在结构方面包括滑动式摩擦纳米发电机、接触-分离式摩擦纳米发电机、单电极式摩擦纳米发电机、感应式摩擦纳米发电机等。
3.目前已有摩擦纳米发电机在振动传感器、压力传感器、海洋能拾取等多方面的应用的公布，并有其在家居应用如遥控器等方面的报道。然而，目前尚未有用于智能型百叶窗、以及结合柔性太阳能电池形成的多功能复合能量采集系统及在智能家居能量采集与传感方面的综合应用。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明的目的是提供一种仅在风能的作用下即可净化空气的环境风能收集与空气净化百叶窗。
5.技术方案：本发明所述的环境风能收集与空气净化百叶窗，包括叶片，所述叶片为摩擦层、位于摩擦层两侧的导电层构成的teng结构；所述叶片上设有用于将teng结构产生的交流电转换成直流电的整流器，所述叶片的上下两端分别设有用于与正、负电极连接的导体；两个导体电连接；所述整流器与两个导体电连接。
6.其中，所述摩擦层为聚四氟乙烯复合二氧化钛片层。
7.其中，所述摩擦层的厚度为0.1～0.2mm。
8.其中，所述摩擦层与两个导电层之间的距离为3～4mm。
9.其中，所述导电层为金属片；优选为铝合金片。
10.其中，制备所述摩擦层为聚四氟乙烯复合二氧化钛片层的方法，包括以下步骤：
11.(a)制备tio2纳米片；
12.(b)向ptfe乳液中加入质量分数为10％～20％tio2纳米片均匀混合，经固化后获得。
13.其中，所述步骤(2)中，固化的温度为95～105℃，时间为30～35min。
14.其中，所述叶片上设有用于收集太阳能以驱动百叶窗开合的太阳能电池薄膜。使用导线将太阳能电池薄膜以串并联的方式控制输出电压和电流，经过电源管理模块连接到充电电池进行电能储存。
15.其中，所述叶片上连接有用于捕捉teng结构产生的电信号从而输出风速大小的风速采集仪。
16.其中，所述太阳能电池薄膜的厚度为1～2mm。
17.其中，所述叶片的尺寸为30～100cm
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2.5～3cm
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0.8～1cm。
18.其中，所述叶片的上下两端分别作为正、负电极的导体为不锈钢网。
19.有益效果：本发明与现有技术相比，取得如下显著效果：1、通过teng输出的高电压、低电流特性实时有效去除空气中的pm2.5；2、通过太阳能电池输出的较低电压和较高电流有效进行通用电子器件供电；3、结合teng与柔性太阳能电池收集太阳能，使其作为自供电智能家居能够稳定的运行；4、通过独立层teng结构与风速之间良好的线性关系进行无源风能检测。
附图说明
20.图1为本发明的叶片的结构示意图；
21.图2为本发明的百叶窗的结构示意图；
22.图3为本发明的百叶窗在不同风速下的开路电压图；
23.图4为本发明的百叶窗空气净化模块电路连接示意图。
具体实施方式
24.下面对本发明作进一步详细描述。
25.如图1、2所示，本发明提供的环境风能收集与空气净化百叶窗，包括多个叶片，每个叶片为摩擦层1、位于摩擦层1两侧的导电层2构成的teng结构，teng结构用于收集空气中的机械能，产生高电压低电流，通过teng部件所产生的电能实现静电沉积，净化空气。百叶窗可以制作为不同尺寸大小，通过选取不同尺寸用于净化空气的不锈钢网，调整百叶窗尺寸大小对空气净化部件的净化质量的影响。
26.摩擦层1为聚四氟乙烯复合二氧化钛片层；摩擦层1的厚度为0.1mm，该厚度具体可以为0.1～0.2mm。摩擦层1与两个导电层2之间的距离为3mm，该距离范围可以为3～4mm。制备摩擦层1为聚四氟乙烯复合二氧化钛片层的方法，包括以下步骤：
27.(1)制备tio2纳米片：将20ml钛酸四丁酯与9ml氢氟酸和10ml乙醇混合、搅拌30分钟；将混合物装入100ml不锈钢聚四氟乙烯内衬的高压釜中；将高压釜加热至180℃，并在相同温度下保持12小时反应，通过真空过滤回收tio2纳米片颗粒，用去离子水洗涤，并在空气中于80℃干燥2小时；
28.(2)向ptfe乳液中加入质量分数为10％的tio2纳米片均匀混合，倒入玻璃板并限高0.1mm，放入恒温箱中，调节温度至100℃，固化30分钟。
29.本实施例的导电层2为铝合金片，厚度为1mm，铝合金片的尺寸为2.5cm
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30cm
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0.1cm；该导电层2的厚度根据需要设定，该导电层2可以是其他种类的金属片。使用亚克力板4将摩擦层1固定于两个铝合金片之间，其中，摩擦层1分别与两个铝合金之间的间距为3mm。薄膜在风能的驱动下能够与铝合金片产生充分的接触分离运动。
30.叶片的上下两端分别设有一个导体5，用于与正、负电极连接；本实施例的导体5均设置为不锈钢网，与正极连接的是阳极不锈钢网，与负极连接的是阴极不锈钢网；两个导体5通过导线连接；
31.叶片上设有整流器，使用整流器将teng产生的交流电转换为直流电，使用导线将正极连接至阳极不锈钢网，负极连接至阴极不锈钢网。如图4所示，teng产生的交流电通过整流器整流后，实现电荷的单向流动，输送至空气净化部件。
32.叶片上的铝合金片上设有太阳能电池薄膜3，用于收集太阳能源，产生高电流低电压，为电子设备供电。太阳能电池薄膜的厚度为1mm，该厚度可以为1mm～2mm。
33.将本实施例为7片相同结构的叶片组装成尺寸为30cm
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17cm的百叶窗。7片叶片使用并联电路连接，通过3.2m/s的风速吹动发电装置，百叶窗打开时产生的最大输出电压为302v，百叶窗关闭时产生的最大输出电压为197v。使用导线将正极连接至空气净化装置的阳极不锈钢网，负极连接至阴极不锈钢网。连续处理3h后，pm2.5的质量浓度由86μg/m3逐渐降低到48μg/m3。
34.本实施例的百叶窗在不同风力的影响下，薄膜震动频率不同，摩擦材料之间接触分离产生的电荷将量也不同。本实施例的百叶窗分别通过5m/s、6m/s、7m/s、8m/s、9m/s、10m/s的风速吹动，产生的最大输出电压分别为360v、380v、400v、422v、441v、460v。具有良好的线性关系，为作为风速监测传感装置提供可靠的依据。如图3所示，百叶窗完全打开时，teng产生的峰值电压与风速之间有良好的线性关系，可以作为风速监测模块。
35.本实施例的每个叶片表面安装尺寸为2.5cm
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30cm
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0.1cm的太阳能电池薄膜，将7片太阳能电池薄膜并联连接并接入电源管理模块。太阳能电池在天气晴朗的白天充分光照时的输出电压为3v，电流为0.39a，可以持续驱动温湿度计。将电源管理模块的输出端连接到容量为2000mah的电池中，经过150min的充分光照后电池容量达到饱和状态，能够正常驱动步进电机控制百叶窗的开合以及其他传感设备。
36.实施例2
37.在实施例1的基础上，与实施例1不同的是，本实施例中聚四氟乙烯复合二氧化钛片层的制备方法中，向ptfe乳液中加入质量分数为15％tio2纳米片均匀混合。连续处理3h后，pm2.5的质量浓度由86μg/m3逐渐降低到42μg/m3。
38.实施例3
39.在实施例1的基础上，与实施例1不同的是，本实施例中聚四氟乙烯复合二氧化钛片层的制备方法中，向ptfe乳液中加入质量分数为20％tio2纳米片均匀混合。连续处理3h后，pm2.5的质量浓度由86μg/m3逐渐降低到53μg/m3。
40.实施例4
41.在实施例1的基础上，与实施例1不同的是，本实施例中摩擦层1与两个导电层2之间的距离为2.5mm。连续处理3h后，pm2.5的质量浓度由86μg/m3逐渐降低到50μg/m3。
42.实施例5
43.在实施例1的基础上，与实施例1不同的是，本实施例中摩擦层1与两个导电层2之间的距离为3.5mm。连续处理3h后，pm2.5的质量浓度由86μg/m3逐渐降低到51μg/m3。
44.实施例6
45.在实施例1的基础上，与实施例1不同的是，本实施例中摩擦层1的厚度为0.15mm。连续处理3h后，pm2.5的质量浓度由86μg/m3逐渐降低到64μg/m3。
46.实施例7
47.在实施例1的基础上，与实施例1不同的是，本实施例中摩擦层1的厚度为0.2mm。连续处理3h后，pm2.5的质量浓度由86μg/m3逐渐降低到71μg/m3。

技术特征：
1.一种环境风能收集与空气净化百叶窗，包括叶片，其特征在于，所述叶片为摩擦层(1)、位于摩擦层(1)两侧的导电层(2)构成的teng结构；所述叶片上设有用于将teng结构产生的交流电转换成直流电的整流器，所述叶片的上下两端分别设有用于与正、负电极连接的导体(5)；两个导体(5)电连接；所述整流器与两个导体(5)电连接。2.根据权利要求1所述的环境风能收集与空气净化百叶窗，其特征在于，所述摩擦层(1)为聚四氟乙烯复合二氧化钛片层。3.根据权利要求1所述的环境风能收集与空气净化百叶窗，其特征在于，所述摩擦层(1)的厚度为0.1～0.2mm。4.根据权利要求1所述的环境风能收集与空气净化百叶窗，其特征在于，所述摩擦层(1)与两个导电层(2)之间的距离为3～4mm。5.根据权利要求2所述的环境风能收集与空气净化百叶窗，其特征在于，制备所述摩擦层(1)为聚四氟乙烯复合二氧化钛片层的方法，包括以下步骤：(a)制备tio2纳米片；(b)向ptfe乳液中加入质量分数为10％～20％tio2纳米片均匀混合，经固化后获得。6.根据权利要求5所述的环境风能收集与空气净化百叶窗，其特征在于，所述步骤(b)中，固化的温度为95～105℃，时间为30～35min。7.根据权利要求1所述的环境风能收集与空气净化百叶窗，其特征在于，所述叶片上设有用于收集太阳能以驱动百叶窗开合的太阳能电池薄膜(3)。8.根据权利要求1所述的环境风能收集与空气净化百叶窗，其特征在于，所述叶片上连接有用于捕捉teng结构产生的电信号从而输出风速大小的风速采集仪。9.根据权利要求7所述的环境风能收集与空气净化百叶窗，其特征在于，所述太阳能电池薄膜(3)的厚度为1～2mm。10.根据权利要求1所述的环境风能收集与空气净化百叶窗，其特征在于，所述叶片的上下两端分别作为正、负电极的导体(5)为不锈钢网。

技术总结
本发明公开了一种环境风能收集与空气净化百叶窗，包括叶片，所述叶片为摩擦层、位于摩擦层两侧的导电层构成的TENG结构；所述叶片上设有用于将TENG结构产生的交流电转换成直流电的整流器，所述叶片的上下两端分别设有用于与正、负电极连接的导体；两个导体电连接；所述整流器与两个导体电连接。本发明通过TENG输出的高电压、低电流特性实时有效去除空气中的PM2.5；结合TENG与柔性太阳能电池收集太阳能，使其作为自供电智能家居能够稳定的运行；通过独立层TENG结构与风速之间良好的线性关系进行无源风能检测。行无源风能检测。行无源风能检测。


技术研发人员：简刚 杨宁 欧阳春
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：2022.01.04
技术公布日：2022/3/8