[发明专利]静电脉冲发电机和直流脉冲发电机

说明书

技术领域

本发明涉及能量转换领域，特别涉及一种将将运动、机械振动、流体等自然存在的机械能转化为电能的静电脉冲发电机和直流脉冲发电机。

背景技术

在高度集成化的微电子器件快速发展的今天，相应的能源供应系统的研究却相对滞后。为了适应小型化、便携化、多功能等需求，这些微电子器件的能源都直接或者间接地来自电池这种传统的供能器件。而电池由于自身难以克服的局限性，包括较大的体积和重量、有限的使用寿命，对环境和人体的潜在危害等，很难适应可持续、低成本、绿色环保等要求。因此，开发出满足需求的替代供能方式具有重大的意义。

机械能是广泛存在的能量形式，包括运动、振动、流动等形式。人体运动包括步行、跑动、扭动等形式，都会产生机械能，这些机械能虽然广泛存在，但是常常被忽视，没有有效的收集手段加以利用，通常被浪费。目前，机械能转化为电能的发电机所利用的原理主要有静电感应，电磁感应和特殊材料的压电性能等。然而，已经发明的静电感应、存在体积大，适用性窄等缺点，电磁感应发电机和压电发电机则普遍存在结构复杂，对材料有特殊要求和成本较高等缺陷。已发明的静电脉冲发电机结构复杂、输出功率密度较小，在小型化、轻量化及集成化方面有所不足，不能满足对人体运动等生物机械能收集的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种将运动、振动、流体等自然存在的机械能转变为电能的静电脉冲发电机，包括柔性基片和至少一个发电单元，其中：

所述柔性基片为蛇形弯折状层叠结构，任意相邻两层之间互相连接形成V型或U型凹陷结构；所述发电单元设置在所述凹陷结构内；

所述发电单元包括：面对面设置在所述凹陷结构内表面上的第一电极层和第二电极层；

接触设置在所述第一电极层上的第一摩擦层；接触设置在所述第二电极层上的第二摩擦层；所述第一摩擦层的上表面与第二摩擦层的上表面面对面设置，且所述第一摩擦层的上表面与第二摩擦层的上表面分离设置；

在外力作用下，所述第一摩擦层的上表面和所述第二摩擦层的上表面互相接触并发生表面电荷转移，撤去外力时，所述第一摩擦层和所述第二摩擦层分离。

优选的，所述蛇形弯折状层叠结构为两层，并且所述两层之间形成一个V型或U型凹陷结构。

优选的，所述蛇形弯折状层叠结构为三层以上结构，任意相邻两层基片之间形成V型或U型凹陷结构。

优选的，任意相邻两个所述V型或U型凹陷结构的开口方向相反。

优选的，在每个V型或U型的凹陷结构内均包括一个所述发电单元。

优选的，所述发电单元的第一摩擦层与第二摩擦层的材料存在摩擦电极序差异。

优选的，所述第一摩擦层或第二摩擦层的材料选自导体、绝缘体或半导体材料。

优选的，所述第二摩擦层选自导电材料。

优选的，所述第二摩擦层代替所述第一导电层。

优选的，所述导电材料选自铝、钛和铜。

优选的，所述发电单元的第一摩擦层的上表面和/或第二摩擦层的上表面包括微纳结构，所述微纳结构包括纳米线、纳米颗粒、纳米棒、纳米管、纳米花或纳米孔洞。

优选的，所述第一摩擦层的上表面上的所述纳米线、纳米棒、纳米管和/或纳米孔洞的轴向基本垂直与所述第一摩擦层；所述第二摩擦层的上表面上的所述纳米线、纳米棒、纳米管和/或纳米孔洞的轴向基本垂直与所述第二摩擦层。

优选的，所述发电单元中，所述第一摩擦层为厚度为25微米的聚四氟乙烯薄膜层；所述第二摩擦层为厚度为50微米的金属铝薄膜，所述第二摩擦层代替所述第二导电元件，并且所述第二摩擦层在面向所述第一摩擦层的表面包括直径为50纳米孔洞阵列，所述纳米孔洞的轴向基本垂直于所述第二摩擦层。

优选的，所述第一摩擦层的上表面和/或第二摩擦层的上表面经过化学改性，在极性为负的表面引入易得电子的官能团，或者在极性为正的表面引入易失电子的官能团；或者，在极性为正的表面引入正电荷，在极性为负的表面引入负电荷。

优选的，所述第一摩擦层的上表面和/或第二摩擦层的上表面经过化学改性，在极性为正的表面引入正电荷，或在极性为负的表面引入负电荷。

优选的，所述柔性基片为弹性材料。

优选的，所述弹性材料选自聚酰亚胺薄膜、纸张、无机非金属材料和有机高分子材料或其组合，以及表面具有绝缘涂层的金属片。