引信用气流驱动振动摩擦发电机

2021-09-09李福松王红丽马旭辉

探测与控制学报 2021年4期

李福松,王红丽,马旭辉

(西安机电信息技术研究所，陕西西安 710065)

0 引言

摩擦发电机基于常见的摩擦起电效应，利用摩擦过程中不同材料得失电子的特性产生电势差，从而实现机械能/电能的转换[1]。自2012年王中林团队发明摩擦纳米发电机[2]以来，凭借其结构简单、便于大规模生产、易于与电路集成及应用材料丰富的特点，广受能源技术研究人员的青睐，在蓝色海洋能源、风力发电、自供电可穿戴等领域得到了大量的开发与研究[3]，在短短的几年里摩擦发电机的输出功率密度就由10.4 mW/cm3提高到113 mW/cm3，能量转化效率提高了70.6%[4]。尤其是文献[5]采用针尖结构放电开关将摩擦发电的输出电流由微安级提高到毫安级，极大地扩展了摩擦发电机的应用。

基于卡门涡街效应的气流驱动摩擦发电机是摩擦发电机利用风力发电的主要模式之一，它利用进气气流绕钝体产生卡门涡街效应来驱动夹在上下电极间的异于上下电极材料制成的薄膜周期性振动，使振动膜与上下电极接触/分离或接近/离开产生静电感应而发电。气流绕钝体只能在一定风速范围内产生卡门涡街效应，当超出这一风速范围卡门涡街效应就会消失，导致该种发电机的输出能力急剧降低[6-8]或无法正常工作，从而极大地限制了这一模式摩擦发电机的应用。为解决此种气流驱动摩擦发电机工作风速受限的问题，提出了一种新型的气流驱动振动摩擦发电机。