[发明专利]基于摩擦纳米发电机的极化系统和极化方法

说明书

一种基于摩擦纳米发电机的极化系统，包括：摩擦纳米发电机，用于在外界驱动力的作用下产生交流电势；整流器，用于将交流电势转换为施加于待极化样品的直流脉冲极化电压，实现待极化样品的极化。相应的，还公开一种基于摩擦纳米发电机的极化方法。本公开由于采用摩擦纳米发电机作为供电设备，由于摩擦纳米发电机的大电压、小电流的特点，能够大大降低高压极化系统的安全隐患，且构成的极化系统体积小、制作简单、能耗低，极化得到的器件压电系数及热释电系数高。

技术领域

本公开属于材料极化领域，更具体地涉及一种基于摩擦纳米发电机的极化系统和极化方法。

背景技术

纳米发电机可以将机械能转成电能，从而用于驱动各类传感器；且由于纳米发电机具有体积小、制作成本较低和安装方便等特点，使得其成为当今的研究热点。另外摩擦纳米发电机具有输出电压高、输出电流低的特点，可广泛用于替代高压低流的设备。目前，现有的用于极化陶瓷片的仪器体积庞大、能耗高、且有高压安全隐患。而摩擦纳米发电机由于其突出的特点有望解决商用极化仪器的缺陷，且目前，对于摩擦纳米发电机用于极化铁电材料的研究还尚未报道。

公开内容

基于以上问题，本公开的主要目的在于提出一种基于摩擦纳米发电机的极化系统，用于解决以上技术问题的至少之一。

为了实现上述目的，本公开提出一种基于摩擦纳米发电机的极化系统，包括：摩擦纳米发电机，用于在外界驱动力的作用下产生交流电势；整流器，用于将交流电势转换为施加于待极化样品的直流脉冲极化电压，实现待极化样品的极化；以及升压装置，用于对摩擦纳米发电机产生的交流电势进行调节控制后传输至所述整流器，以使整流器转换得到的直流脉冲极化电压与待极化样品相匹配。

在本公开的一些实施例中，上述基于摩擦纳米发电机的极化系统还包括：控制器，用于向摩擦纳米发电机提供驱动力；所述驱动力包括风力、旋转力和/或震动力。

在本公开的一些实施例中，所述驱动力为风力，上述控制器包括鼓风装置，用于控制风力的大小；计时器，用于控制向摩擦纳米发电机提供风力的时间。

在本公开的一些实施例中，上述控制器包括温控加热器，用于控制放置待极化样品的样品池的温度。

在本公开的一些实施例中，上述待极化样品包括钛酸钡系压电陶瓷、锆钛酸铅二元系压电陶瓷及在二元系中添加第三种ABO₃型化合物的压电陶瓷。

在本公开的一些实施例中，上述基于摩擦纳米发电机的极化系统，其中：升压装置包括由相同数量的电容器和二极管组成的升压电路，连接于摩擦纳米发电机和整流器之间。

在本公开的一些实施例中，上述摩擦纳米发电机包括绝缘薄膜层和两个电极层，绝缘薄膜层在外界驱动力的作用下与两个电极层的其中之一或其中另一接触分离摩擦，使两个电极层之间产生交流电势。

在本公开的一些实施例中，上述绝缘薄膜层的材质包括氟化乙烯丙烯共聚物、聚酰亚胺或尼龙；和/或电极层的材质包括金属材料和半导体材料。

在本公开的一些实施例中，上述摩擦纳米发电机还包括支撑架，该支撑架包括上下两个支撑板；两个电极层分别固定于两个支撑板的相对面；绝缘薄膜层置于两个电极层之间，以在驱动力作用下，在两个支撑板之间的空间内上下运动，与两个电极层的其中之一或其中另一接触分离摩擦。

在本公开的一些实施例中，上述上下两个支撑板通过弹簧、若干个支撑片或与两个支撑板一体成型的支撑杆支撑连接。

在本公开的一些实施例中，上述上下两个支撑板通过与两个支撑板一体成型的支撑杆支撑连接，该支撑杆包括相对的至少一组支撑杆；至少一组支撑杆在介于上下两个支撑板之间的区域具有开口，用于固定绝缘薄膜层；优选地，该绝缘薄膜层贴合于固定其的至少一组支撑杆的外侧面并延伸至上支撑板的上表面，以增强该绝缘薄膜层的稳定性。