[发明专利]一种套层滑动式摩擦纳米发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电机，特别涉及将施加外力的机械能转化为电能的套层滑动式摩擦纳米发电机。

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，本发明提供一种套层滑动式摩擦纳米发电机，能够将施加在摩擦纳米发电机上的轴向或转动机械能转化为电能。

为实现上述目的，本发明提供一种摩擦纳米发电机，包括：第一导电元件，与第一导电元件外表面接触放置的第一摩擦层，第二导电元件，与第二导电元件内表面接触放置的第二摩擦层，其中，第一摩擦层中包含若干第一摩擦单元，第二摩擦层中包含若干第二摩擦单元，并且所有所述第一摩擦单元的外表面同属于第一曲面，所有所述第二摩擦单元的内表面同属于第二曲面，所述第一曲面与其外侧的所述第二曲面形成内外套层结构；所述第一摩擦单元的外表面与第二摩擦单元的内表面在外力的作用下发生相对滑动摩擦、同时摩擦面积发生变化，并通过第一导电元件和第二导电元件向外电路输出电信号；

优选地，所述第一摩擦单元外表面的材料和所述第二摩擦单元内表面的材料之间存在摩擦电极序差异；

优选地，至少部分所述第一摩擦单元的外表面与第二摩擦单元的内表面接触放置；

优选地，在没有外力作用时，所述第一摩擦单元的外表面与第二摩擦单元的内表面完全分离，在外力作用下，至少部分所述第一摩擦单元的外表面与第二摩擦单元的内表面接触并发生相对滑动摩擦；

优选地，所述第一曲面和/或第二曲面为柱面、锥面或锥台面；

优选地，所述第一曲面和/或第二曲面与轴向垂直的横截面为圆形、椭圆形、多边形或不规则图形；

优选地，所述多边形为所有边长均相等的正多边形；

优选地，所述第一曲面与第二曲面的形状相同；

优选地，所述第一曲面与第二曲面为同轴套层结构；

优选地，所述第一曲面与第二曲面为同轴圆柱形套筒结构；

优选地，所述第一摩擦层和第二摩擦层之间的相对滑动摩擦为轴向和/或径向的；

优选地，所述第一摩擦层中包含至少2个所述第一摩擦单元和/或所述第二摩擦层中至少包含至少2个所述第二摩擦单元；

优选地，所述第一摩擦单元在所述第一摩擦层中的排列图案与所述第二摩擦单元在所述第二摩擦层中的排列图案相呼应，使得所述第一摩擦层与所述第二摩擦层相对放置时，在外力的作用下每个所述第一摩擦单元的外表面至少能与一个所述第二摩擦单元的内表面部分接触；

优选地，所述第一摩擦单元与所述第二摩擦单元的形状、尺寸和/或排列图案相同，使得所述第一摩擦层与所述第二摩擦层相对放置时，在外力的作用下每个所述第一摩擦单元的外表面都能与一个所述第二摩擦单元的内表面基本完全接触；

优选地，所述第一摩擦单元和第二摩擦单元的排列图案为阵列式离散排列；

优选地，所述第一摩擦单元和第二摩擦单元的排列图案为棋盘状排列，使得所述第一摩擦层和第二摩擦层中形成孔洞结构；

优选地，所述第一摩擦单元和第二摩擦单元的排列图案为间隔的条状或沿轴向螺旋形排列的条状；

优选地，所述第一摩擦单元为与所述第一曲面同轴的环，并且，所述第二摩擦单元为与所述第二曲面同轴的环；

优选地，所述条状的长度方向或所述环的径向方向与所述第一摩擦单元和第二摩擦单元的相对摩擦方向垂直；

优选地，在2个所述摩擦面相对摩擦的方向上，所述第一摩擦单元外表面和第二摩擦单元内表面的宽度为0.1μm-50cm；