[发明专利]一种基于3D打印技术的摩擦纳米发电机及其制作方法

权利要求书

1.一种基于3D打印技术的摩擦纳米发电机，其特征在于：包括框架、基座、手柄及摩擦单元，所述框架包括固定框架和移动框架，固定框架和移动框架均有两个，两个固定框架分别设置于地面上，两个移动框架分别设置于固定框架的外侧，基座设置于固定框架之间，包括移动基座和固定基座，移动基座和固定基座均有多个，各个移动基座和固定基座等间距间隔设置于框架上，且移动基座和固定基座相互平行设置，固定基座的两端分别与固定框架固定连接，所述固定框架上开设有滑动卡槽，移动基座的两端穿过滑动卡槽，与移动框架固定连接；两个移动框架的上端均对应开设有通孔，手柄的两端分别穿过通孔，与移动框架固定连接；所述摩擦单元包括第一摩擦单元和第二摩擦单元，第一摩擦单元和第二摩擦单元分别设置于相邻的两个基座的上端面和下端面。

2.如权利要求1所述的一种基于3D打印技术的摩擦纳米发电机，其特征在于：所述第一摩擦单元包括第一摩擦层，第一摩擦层设置于位于下方的基座的上端面上，第二摩擦单元包括第二摩擦层及金属电极板，第二摩擦层贴在金属电极板上，金属电极板贴附在位于下方的基座的下表面上，第一摩擦层和第二摩擦层的大小和形状相同，且位置相对应。

3.如权利要求2所述的一种基于3D打印技术的摩擦纳米发电机，其特征在于：所述第一摩擦层和第二摩擦层采用介电常数相差较大的材料制成。

4.如权利要求3所述的一种基于3D打印技术的摩擦纳米发电机，其特征在于：第一摩擦层采用金属铜箔，第二摩擦层采用聚四氟乙烯薄膜、聚乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜或聚对二甲苯薄膜，第一金属电极板采用金属铜箔。

5.如权利要求2所述的一种基于3D打印技术的摩擦纳米发电机，其特征在于：每个所述固定框架上均开设有两条垂直于地面的滑动卡槽，移动框架上与滑动卡槽相对应的位置上设有凸起，凸起卡接于滑动卡槽内，使移动框架能够沿固定框架上下滑动。

6.如权利要求2所述的一种基于3D打印技术的摩擦纳米发电机，其特征在于：所述基座的上表面和下表面采用平面结构、梯形结构、半圆形结构或三角形结构，相邻的两个基座相对的两个面的截面形状相同，摩擦单元的形状与基座的上表面和下表面的形状相对应。

7.上述权利要求2-6任一项所述的一种基于3D打印技术的摩擦纳米发电机的制作方法，其特征在于，依次包括：

①选择摩擦纳米发电机的工作模式为垂直接触-分离模式，通过设计软件对摩擦纳米发电机进行设计和建模，并利用仿真软件对该模型进行运动仿真、受力分析测试和电势场分布仿真测试；

②将该模型导入切片软件进行切片分层，并根据模型加工的难易程度，选择模拟加工方法，以生成gcode代码；

③将步骤②生成的gcode代码导入到3D打印机，对框架和基座进行逐层打印加工，若加工过程中遇到工序上的问题，则返回步骤①重新进行设计仿真，完善代码；

④对摩擦单元进行处理，以提高摩擦单元表面的电荷密度和有效接触面积，并将摩擦单元贴附在发电机的基座上。

8.如权利要求7所述的一种制作方法，其特征在于：所述步骤④中对摩擦单元进行处理的工序包括杂多酸的掺杂处理、摩擦层表面电荷预注入处理和ICP刻蚀法的纳米化处理。

9.如权利要求7所述的一种制作方法，其特征在于：所述3D打印的原材料采用聚乳酸、ABS塑料或热塑性聚氨酯橡胶。