[发明专利]一种摩擦发电机

说明书

技术领域

本发明涉及纳米技术领域，尤其涉及一种摩擦发电的纳米发电机领域。

背景技术

采用纳米技术构建的能量收集和转换装置，在自供电纳米系统中起关键作用，由于其环保、节能、自驱动性质而日益受到广泛关注。随着王中林教授研究组研发的压电纳米发电机首次将机械能转换为电能以来，以压电和摩擦电为基础的不同结构和材料的纳米发电机相继问世。目前，纳米发电机已能够驱动小型液晶显示屏、低功率发光二极管以及微型电子器件和模块等，但是发电机的输出功率仍然是制约其发展和应用的关键因素。

因此，寻找能够高功率输出的纳米发电机成为业界目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种高功率输出的摩擦发电机及其制备方法。

具体来说，本发明通过如下技术方案解决上述技术问题的。

一种摩擦发电机，包括第一基板、第二基板，弹性部件，所述第一基板与第二基板相对设置，通过弹性部件支撑连接；在第一基板上与第二基板相对的方向依次设置有第一支撑材料层、第一电极层、第一高分子聚合物绝缘层；在第二基板上与第一基板相对的方向依次设置有第二支撑材料层、第二电极层、第二高分子聚合物绝缘层；其中所述第一支撑材料层和第二支撑材料层在垂直于基板方向的截面为锯齿状。

其中所述锯齿是三角形、长方形、正方形或梯形。

其中所述第一支撑材料层和第二支撑材料层在垂直于基板方向的截面为锯齿状，锯齿状为三角形或梯形时，第一支撑材料层的第一倾角大于第二支撑材料层的第二倾角。

其中所述第一支撑材料层硬度低于第二支撑材料层。

其中所述第一支撑材料层的的材料选自发泡材料或弹性材料，优选为海绵和/或泡沫。

其中所述第二支撑材料层的材料选自亚克力、玻璃、不锈钢、陶瓷或聚四氟乙烯中的任一种。

其中所述第一基板和第二基板选自亚克力、玻璃、不锈钢、陶瓷、高分子聚合物材料中的一种或几种，或其它具有力学刚性的材料。

所述第一电极层和第二电极层选自镀有铟锡金属氧化物的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)层，具有电传导性的金属或合金层、石墨烯涂层、银纳米线涂层、或其他透明导电膜中任一种。导电膜优选为铝掺杂锌氧化物(AZO)、氟掺杂锡氧化物(FTO)；优选的金属可以是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、锡、铁、锰、钼、钨或钒；优选的合金可以是铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金。

其中所述第一高分子聚合物绝缘层材料或第二高分子聚合物绝缘层材料选自聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯、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、聚丙烯酸酯聚合物薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚异丁烯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、甲醛苯酚缩聚物薄膜、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、丙烯腈氯乙烯共聚物薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸盐中的任一种,或掺杂氧化锌纳米线且具有微孔结构的聚偏氟乙烯中的任一种。

其中所述第二高分子聚合物绝缘层的组成材料优选人造纤维、聚酯纤维、或具有微孔结构的纤维中的任一种。

其中所述弹性部件为弹簧；优选弹簧选自金属、合金或弹性塑料材料中的任一种。

本发明的摩擦发电机还包含输出电极端，其分别连接到第一电极层或第二电极层。

本发明还提供一种摩擦发电机组，包括两个或两个以上串联或并联的所述的摩擦发电机。

本发明的有益效果如下：

本发明提供的具有锯齿状结构的摩擦发电机，其主要技术优势包括如下几个方面。

(1)现有的弹簧平面结构纳米发电机，其两个摩擦面的接触面积受到发电机尺寸的严格限制，而发电机摩擦面的接触面积直接决定了其输出功率，本发明提供的具有锯齿状结构的单层或多层摩擦发电机，具有更高的输出功率；

(2)本发明提供的发电机在相同外形尺寸情况下，具有更大的接触面积，从而能够输出更高功率。

(3)本发明提供的摩擦发电机，其在摩擦过程中耦合了两种不同的摩擦方式：与器件静电场方向垂直的摩擦方式、与器件静电场方向平行的摩擦方式。因此可以产生更大的输出功率。