[发明专利]一种摩擦发电机

说明书

背景技术

采用纳米技术的能量收集和转换装置由于其独特的自发电和自驱动性质，很可能在制造和驱动自供电纳米器件和纳米系统装置中起到关键性的作用，最近受到了各国研究人员越来越多的关注。2006年，美国佐治亚理工学院王中林教授研究组首次成功实现了利用氧化锌纳米线将机械能转化成电能的压电式纳米发电机。随后，以压电效应为基础，基于不同材料和结构的各种纳米发电机被相继研制出来。目前，纳米发电机的输出功率足以驱动商用发光二极管（LED）、小型液晶显示器、甚至自供电无线数据传送设备。功率密度也已经达到了1-10mW/cm³。

通常来讲，发电机是一种能够生成电荷，将正负电荷分开，并用电势产生的电荷驱动自由电子流的方法，它能够以电磁、压电、热电、甚至静电效应为基础。纳米发电机依靠氧化锌纳米线所生成的压电电势实现了发电。另一方面，摩擦电和静电现象是一种非常普遍的现象，存在于我们日常生活中各个层面，从走路到开车等等。由于它很难被收集和利用，往往是被人们所忽略的一种能源形式。如果我们能够通过一种新的方法收集摩擦产生的电能或者利用该方法将日常生活中不规则的动能转成能够利用的电能，将对我们的日常生活产生重要影响。截止到目前为止，静电微型发电机已被研制成功，并且在微机电（MEMS）领域得到广泛应用。但是微型静电发电机的设计主要以无机硅材料为基础，并且器件的制造需要复杂的工艺和精密的操作。整个装置的制备需要大型的仪器设备和特殊的生产条件，造价成本过高，不利于发电机的商业化和日常应用。中国专利申请号为200910080638.X，公开了一种旋转摩擦发电机，该发电机利用摩擦生电现象来发电，外壳内壁的定子摩擦材料与转子轴筒外壁的转子摩擦材料紧密接触，通过旋转转子轴筒，使定子摩擦材料和转子摩擦材料间旋转摩擦，产生电流，并由转子输出端引出。但是该旋转摩擦发电机需要特定的机械能带动，不能用于收集和转换不规则的动能，如人体肌肉部分的运动及无序的风能等，并且该装置发电效率不高。

发明内容

本发明为解决现有技术中的问题而提供了一种应用环境更广、发电效率更高的摩擦发电机。

本发明提供了一种摩擦发电机，包括第一电极和第二电极，所述第一电极包括第一高分子聚合物绝缘层，所述第一高分子聚合物绝缘层一侧表面为微纳凹凸结构，另一侧表面设置有金属薄膜；所述第二电极包括第二高分子聚合物绝缘层，所述第二高分子聚合物绝缘层一侧表面为微纳凹凸结构，另一侧表面设置有金属薄膜；所述第一电极微纳凹凸结构的表面与第二电极微纳凹凸结构的表面正对贴合并通过外侧边缘固定连接；所述第一高分子聚合物绝缘层上的金属薄膜与第二高分子聚合物绝缘层上的金属薄膜均为摩擦发电机的电压和电流输出电极。

本发明还提供一种摩擦发电机组，由本发明的单体摩擦发电机进行串联或者并联组成，以提高输出电流或单位面积的输出功率。

本发明的所述高分子聚合物绝缘层选自聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤维素薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纤维（再生）海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纤维薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚异丁烯薄膜、聚氨酯柔性海绵薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜以及聚乙烯丙二酚碳酸盐薄膜中的一种，但所述第一高分子聚合物绝缘层与所述第二高分子聚合物绝缘层材质不同。如果第一电极的第一高分子聚合物绝缘层与第二电极的第二高分子聚合物绝缘层材质相同，会导致摩擦起电的电荷量很小。

所述第一电极和第二电极分别构成为通过使其任意弯曲、变形而产生所述电极摩擦起电的柔性平板结构。柔性平板结构能够扩大摩擦发电机的应用环境，收集和转换不规则的动能，如人体肌肉部分的运动及无序的风能等。

所述第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层表面的微纳凹凸结构为微小凹凸结构。更优选微纳凹凸优选为纳米级至微米级的凹凸，大小为50nm-300nm，纳米凹凸摩擦接触面积大，能够能够提高摩擦起电效率。

所述第一电极与第二电极的外侧边缘能够通过胶带等方式连接。