[发明专利]摩擦纳米发电机及其制备方法

说明书

本发明提供了一种摩擦纳米发电机及其制备方法，所述摩擦纳米发电机包括：第一摩擦单元，其包括第一磁性部分；第二摩擦单元，与所述第一摩擦单元相对设置，两者相对表面的材料的摩擦电极序不同，且所述第二摩擦单元包括第二磁性部分；其中，所述第一磁性部分和第二磁性部分同极相对设置，通过同极相斥实现所述第一摩擦单元和第二摩擦单元的相对运动。本发明提供的摩擦纳米发电机长时间使用输出稳定，结构简单，安全可靠，成本低，输出高，制作工艺简单。

技术领域

本发明涉及纳米技术领域，尤其涉及一种摩擦纳米发电机。

背景技术

通过纳米技术来收集和转换能量，为自发电和自驱动纳米系统装置的设计制作起到了关键作用。自从美国佐治亚理工学院王中林教授发明摩擦纳米发电机之后，人们相继研制出了基于不同材料和不同结构的摩擦纳米发电机。该发电机主要是利用材料摩擦电极序的不同，在摩擦接触的过程中实现电子转移，通过电势差驱动自由电子流移动。纳米发电机可以收集周围环境能量进行发电，将机械能转换为电能，驱动电子器件运行。相比传统电磁感应发电机，纳米发电机体积小质量轻，可以作为便携器件、植入器件等小型自驱动设备使用。

目前常用的实现纳米发电机分离的方式有摩擦层之间设置弹簧、两端增加垫片，或者设置拱形摩擦层在外侧放置支撑金属材料。使用弹簧制作摩擦纳米发电机工艺繁琐，难以实现小型化，并且长时间使用时由于弹性材料的老化导致弹簧弹性常数下降，摩擦层疲劳，支撑材料变形，影响发电机的输出；而且作为植入器件或者在其他复杂的液体环境中应用时需要对发电机进行封装，传统的采用在摩擦层两端增加聚二甲基硅氧烷等垫片材料的方式，在封装后难以实现摩擦层的分离，导致发电机的输出降低。

此外，为了增加纳米发电机的输出，需要对摩擦层表面进行改性，增加摩擦面微结构，提高摩擦效率。目前常用的方法如等离子刻蚀，离子注入等往往需要昂贵的设备，而且微结构的形貌难以控制。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种摩擦纳米发电机及其制备方法，其长时间使用输出稳定，结构简单，安全可靠，成本低，输出高，制作工艺简单。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种摩擦纳米发电机，其特征在于，包括：

第一摩擦单元，其包括第一磁性部分；

第二摩擦单元，与所述第一摩擦单元相对设置，两者相对表面的材料的摩擦电极序不同，且所述第二摩擦单元包括第二磁性部分；

其中，所述第一磁性部分和第二磁性部分同极相对设置，通过同极相斥实现所述第一摩擦单元和第二摩擦单元的相对运动。

根据本发明的另一方面，提供了一种摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，包括：

步骤A，形成第一摩擦单元，其包括第一磁性部分；

步骤B，形成第二摩擦单元，其包括第二磁性部分；第一摩擦单元与第二摩擦单元相对表面的材料的摩擦电极序不同；

其中，所述第一磁性部分和第二磁性部分的同极相对，通过同极相斥实现所述第一和第二摩擦单元的相对运动。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明摩擦纳米发电机及其制备方法至少具有以下有益效果其中之一：

(1)利用磁性材料同极相斥原理，采用磁性材料实现摩擦纳米发电机的接触分离，使制备工艺简化，易于实现小型化，同时避免在长时间使用时由于弹性材料的老化导致弹簧弹性常数下降，影响发电机的输出；

(2)作为植入器件或者在其他复杂的液体环境中应用时，采用磁性材料替换传统的垫片材料来实现接触分离，有效的避免了在封装后难以实现摩擦层的分离，造成发电机的输出降低；