[发明专利]基于静电感应的发电机和发电方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电机，特别是涉及利用静电感应将机械能转化为电能的发电机以及发电方法。

背景技术

随着微电子和材料技术的高速发展，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，并在各个领域展现出前所未有的应用前景。然而，与这些微型电子器件相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。如果能够将自然界中普遍存在的运动、振动等机械能加以利用，将可能为微型电子器件提供电源。

目前发明的摩擦纳米发电机可以实现将自然界中普遍存在运动、振动等机械能有效地转化为适于微型电子器件应用的需要，目前见诸于报道的所有摩擦纳米发电机的典型结构都需要两个可以互相接触和分开的摩擦层，当两个摩擦层互相接触或者分离过程中，通过分别设置在摩擦层的两个电极层向外电路输出脉冲电信号。这样结构的摩擦发电机中，一个电极层在摩擦层的带动下相对于另一个电极层的距离在不停的变化，这样的结构不仅为摩擦发电机与外电路的连接带来了困难；而且，为了保证摩擦发电机的输出性能，需要两个摩擦层材料不断的接触或者摩擦，因此，发电机的耐久性和稳定性不能保证。这些限制因素极大的妨碍了摩擦发电机的推广应用。

发明内容

本发明提供一种结构简单的基于静电感应的摩擦发电机，能够将环境中普遍存在的机械能转变为电能。

为实现上述目的，本发明提供一种基于静电感应的发电机，所述发电机包括第一部件和第二部件，其中，

所述第一部件带有电荷；

所述第二部件由一个第一电极层和与之配合的一个第二电极层组成，所述第一电极层和第二电极层分隔设置并且互相电连接；

当所述第一部件相对所述第二部件的第一电极层移动，使所述第一部件所带的电荷在所述第一电极层上的电势改变，在静电感应作用下电荷在第一电极层和第二电极层之间流动形成电流。

优选的，所述第一部件能够与所述第二部件的第一电极层接触和分离使第一部件相对于第二部件的第一电极层移动，并且使所述第一部件的表面带有电荷；

或者，所述第一部件能够与所述第二部件的第一电极层互相滑动摩擦并且在摩擦过程中接触面积发生变化，使第一部件相对于第二部件的第一电极层移动，并且使所述第一部件的表面带有电荷；

或者，所述第一部件在与第一电极层接触前预先带有电荷。

优选的，所述第一部件与所述第一电极层能够互相接触的表面的形状和尺寸相当。

优选的，所述第一部件与第二部件的第一电极层互相滑动的表面都为光滑平整表面，或者都为凹凸结构的不平整表面。

优选的，所述第一部件与第一电极层能够互相接触的两个表面中至少一个表面经过物理或化学改性处理。

优选的，所述第一部件能够与所述第一电极层接触的表面的材料为绝缘材料或者半导体材料。

优选的，所述第一部件不与所述第二部件中任意一个电极层接触，所述第一部件为带电物体。

优选的，所述第一部件在第一电极层所在表面上的投影尺寸和形状与第一电极层的尺寸和形状相当。

优选的，所述第一部件为驻极体材料。

优选的，还包括摩擦层，所述第二部件的第一电极层贴合在所述摩擦层的下表面。

优选的，所述摩擦层的材料为绝缘材料或者半导体；所述摩擦层的厚度范围在10nm到5cm之间。

优选的，所述第一部件能够与所述摩擦层的上表面接触和分离使第一部件相对于第二部件的第一电极层移动，并且使所述第一部件的表面带有电荷；

或者，所述第一部件能够与所述摩擦层上表面互相滑动摩擦并且在摩擦过程中接触面积发生变化，使第一部件相对于第二部件的第一电极层移动，并且使所述第一部件的表面带有电荷。

优选的，所述第一部件与所述摩擦层能够互相接触的表面的形状和尺寸相当。

优选的，所述第一部件与摩擦层互相滑动的表面都为光滑平整表面，或者都为凹凸结构的不平整表面。

优选的，所述第一部件与第一电极层能够互相接触的两个表面中至少一个表面经过物理或化学改性处理。

优选的，所述第一部件能够与所述摩擦层互相接触的两个表面的材料为绝缘材料、半导体或者导体材料；所述第一部件与所述摩擦层能够互相接触的两个表面的材料存在电极序差异。

优选的，所述第一部件不与所述摩擦层和第二部件接触，所述第一部件为带电物体。