[发明专利]一种滑动摩擦纳米发电机及发电方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电机及发电方法，特别涉及将施加外力的机械能转化为电能的滑动摩擦纳米发电机及利用该发电机进行发电的方法。

背景技术

在微电子和材料技术高速发展的今日，大量新型具有多种功能和高度集成化的微型电子器件不断被开发出来，并在人们日常生活的各个领域展现出前所未有的应用前景。然而，和这些微型电子器件所匹配的电源系统的研究却相对滞后，一般说来，这些微型电子器件的电源都是直接或者间接来自于电池。电池不仅体积较大、质量较重，而且含有的有毒化学物质对环境和人体存在潜在的危害。因此，开发出能将运动、振动等自然存在的机械能转化为电能的技术具有极其重要的意义。

但是，目前能将上述机械能有效地转化为电能的发电机均是以电磁感应为基础的，由水轮机、汽轮机、柴油机或其它动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能加以利用。这些发电机都需要相对集中、大强度的能量输入，而对于人们日常活动中产生的以及自然界存在的强度较小的动能，基本都无法将其有效的转化为电能。同时，传统发电机的体积较大、结构复杂，根本不能作为微型电子器件的供电元件使用。

发明内容

为了克服现有技术中的上述问题，本发明提供一种滑动摩擦纳米发电机，能够将施加在摩擦纳米发电机上的切向外力的机械能转化为电能。

为实现上述目的，本发明提供一种摩擦纳米发电机，包括

摩擦层，

所述摩擦层下方接触放置的导电元件，

和，导电层；

所述摩擦层的上表面与所述导电层的下表面相对放置；

所述摩擦层的上表面和所述导电层的下表面在外力的作用下发生相对滑动，并且产生与接触面相切的滑动摩擦、同时摩擦面积在滑动过程中发生变化，并通过所述导电元件和导电层向外电路输出电信号；

优选地，所述摩擦层的上表面材料和所述导电层的下表面材料之间有摩擦电极序差异；

优选地，所述摩擦层的上表面和所述导电层的下表面接触放置；

优选地，在没有外力作用时，所述摩擦层的上表面和所述导电层的下表面分离，在外力作用下，所述摩擦层的上表面和所述导电层的下表面接触并发生与接触面相切的相对滑动摩擦；

优选地，所述摩擦层为绝缘材料或半导体材料；

优选地，所述绝缘材料选自聚四氟乙烯，聚二甲基硅氧烷，聚酰亚胺、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、苯胺甲醛树脂、聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、三聚氰胺甲醛、聚乙二醇丁二酸酯、纤维素、纤维素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、再生纤维海绵、聚氨酯弹性体、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、人造纤维、聚甲基，甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯柔性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、酚醛树脂、氯丁橡胶、丁二烯丙烯共聚物、天然橡胶、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-co-丙烯腈)、聚乙烯丙二酚碳酸盐，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚三氟氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和派瑞林；

优选地，所述绝缘材料选自聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚三氟氯乙烯、聚四氟乙烯和派瑞林；

优选地，所述半导体材料选自硅、锗、第Ⅲ和第Ⅴ族化合物、第Ⅱ和第Ⅵ族化合物、由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体、非晶态的玻璃半导体和有机半导体；

优选地，所述第Ⅲ和第Ⅴ族化合物选自砷化镓和磷化镓；所述第Ⅱ和第Ⅵ族化合物选自硫化镉和硫化锌；所述氧化物选自锰、铬、铁或铜的氧化物；所述由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体选自镓铝砷和镓砷磷；

优选地，所述摩擦层为非导电氧化物、半导体氧化物或复杂氧化物，包括氧化硅、氧化铝，氧化锰、氧化铬、氧化铁、氧化钛、氧化铜、氧化锌、BiO₂和Y₂O₃。

优选地，所述摩擦层上表面和/或导电层的下表面分布有微米或次微米量级的微结构；

优选地，所述微结构选自纳米线，纳米管，纳米颗粒，纳米沟槽、微米沟槽，纳米锥、微米锥、纳米球和微米球状结构；

优选地，所述摩擦层上表面和/或导电层的下表面有纳米材料的点缀或涂层；