[发明专利]具有独立摩擦结构的三维摩擦纳米发电机

说明书

技术领域

本发明涉及能源转化技术领域，尤其涉及一种具有独立摩擦结构的三维摩擦纳米发电机。

背景技术

社会经济的蓬勃发展，使得人类社会对能源的需求越来越大，不断开发各种新型的能源技术已成为人类文明进一步发展的必由之路。同热能、光能以及生物化学能等其他能源相比，机械能是人们日常生活中最为丰富的环境能源。摩擦电纳米发电机利用摩擦电效应与静电效应，通过周期性的接触分离或者滑动/转动已经成功的应用于环境机械能量的采集。然而，目前绝大多数已报道的摩擦电纳米发电机都只能在单一方向上工作，无法采集其它方向上的机械能量，从而造成极大的浪费。因此，开发出能在各个方向上工作的摩擦电纳米电发电机对提高摩擦纳米发电的转化效率具有重要意义。

中国专利CN103780127A公开了一种摩擦纳米发电机，该摩擦纳米发电机的壳体包括外壳、导电层和摩擦层，芯体包括内芯、导电层和摩擦层，这种摩擦纳米发电机的可以收集机械能，工作原理是基于两种具有不同摩擦电特性的材料相互摩擦和分离来发电。然而，这种摩擦纳米发电机的两个摩擦材料都需要附上两个电极层和两个摩擦层，并在摩擦芯体和壳体之间连接导线来实现电荷转移，由于摩擦芯体连接有导线，摩擦芯体的自由运动受到了制约，这不可避免地限制了发电机工作的灵活性和适用范围。

发明内容

本发明主要解决现有技术的摩擦电纳米发电机工作的灵活性差、应用受限制的技术问题，提出一种具有独立摩擦结构的三维摩擦纳米发电机，以使摩擦体真正的实现自由运动，简化现有纳米发电机的结构，从而降低了制作成本，拓宽摩擦纳米发电机的应用范围。

本发明提供了一种具有独立摩擦结构的三维摩擦纳米发电机，包括：壳体和设置在壳体内部并能在壳体里运动的多个摩擦体；

所述壳体为封闭结构，壳体内表面贴附2n片导电片，n为正整数，且各导电片相互之间不接触；每一导电片分别与导线连接，导线穿过壳体并与外部电路连接，任意两片导电片的通过各自导线与外部电路构成回路；

所述导电片面向壳体中心的表面材料和所述摩擦体的表面材料之间存在摩擦电极序差异。

优选的，所述摩擦体的表面和/或所述导电片的表面，全部或部分分布有微米或次微米量级的微结构。

优选的，所述壳体包括球壳或者柱状壳。

优选的，所述摩擦体的表面材料选自聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚酰胺、纤维素乙酸酯、再生纤维海绵、聚氨酯弹性体、人造纤维、尼龙、硬橡胶、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、酚醛树脂、氯丁橡胶、丁二烯丙烯共聚物、天然橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。

优选的，所述导电片为导电材料，选自金属以及导电的非金属材料。

优选的，所述壳体由轻质的柔性或者硬性材料构成。

优选的，2n片导电片的形状和大小相同，且2n片导电片均匀地分布在壳体的内表面。

优选的，其特征在于，2n片导电片的表面材料相同，多个摩擦体的表面材料相同。

本发明提供的一种具有独立摩擦结构的三维摩擦纳米发电机，对其施加任意方向的周期性外力，可以使多个摩擦体与不同的导电片周期性的接触-分离，同时会在不同的导电片之间形成交流脉冲信号输出，并通过导线传输到外部电路中，与现有技术相比，本发明具有下列优点：

1.本发明的纳米发电机结构简单、应用广泛：其内的独立的摩擦体，不需要额外附着电极和连接导线，摩擦体表面不需要镀上金属电极，让摩擦体在导电片的表面自由滑动或者跳动，通过其间相互摩擦产生静电电荷，降低了制作成本、简化了使用过程中的电路连接，可真正实现自由运动，大大地拓宽了摩擦纳米发电机的应用范围。

2.本发明纳米发电机的球壳可以在任意方向运动，且均能使内部的摩擦体与不同的导电片之间周期性的接触-分离，从而在不同的导电片之间产生电信号的输出，因此本发明摩擦纳米发电机能够全方位采集所有方向上的机械能能量，实现了能量的高效利用。由于本发明的摩擦电纳米发电机能够全方位采集所有方向上的机械能能量，所有具有广泛的应用的空间。例如，可以将其漂浮在海面上，当海浪波动时，其波动将传递给球壳内的小球使其随之运动，从而将波浪的机械能转化为电能。

3.本发明中导电片同时作为电极和摩擦层使用，降低了制作成本、简化了结构。