[发明专利]一种摩擦纳米发电机

说明书

本发明提供了一种摩擦纳米发电机。所述摩擦纳米发电机的摩擦层由纳米复合薄膜构成，其中，所述纳米复合薄膜由高分子聚合物和金属有机骨架复合而成。将该纳米复合薄膜作为摩擦纳米发电机的摩擦层，随着湿度的增加，该摩擦纳米发电机的输出性能升高，特别适合在高湿度环境中应用，极大地扩宽了其实际应用范围。

技术领域

本发明涉及发电机领域，尤其涉及一种摩擦纳米发电机。

背景技术

由于全球能源危机和全球变暖等环境问题，从自然界中可持续环保地收集能量引起了广泛关注。在能量收集技术中，摩擦纳米发电机(Trioboelectric Nanogenerators，TENG)已被证明是一种经济有效，且简单的技术，可直接将风流，海浪和人体运动等机械能转换为电能。然而，由于TENG的输出性能较低，极大的限制了其大规模的商业应用。

最近，用于解决该问题的各种方法陆续被报道，例如，合理地选择摩擦材料、注入电荷、调控形貌及优化结构等，在这些方法中，通过合理地选择摩擦材料，从而增加表面的电荷密度，是改善TENG的输出性能最有效的方法。目前的摩擦材料通常局限于摩擦电系列的一些常规材料，但这些材料又受制于环境因素(气体的成分，湿度)，从而影响TENG的性能，特别是湿度对TENG的性能的影响很大，湿度增大，在摩擦材料表面上形成水层，引起电荷转移或耗散，最终导致TENG的输出性能下降。因此，从材料的角度考虑，设计出新型的摩擦材料，使得TENG在不同环境中具有优异输出性能仍然是一项具有挑战性的任务。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有的技术难题，本发明提供一种摩擦纳米发电机，用于至少部分解决上述技术问题。

(二)技术方案

本发明一方面提供一种摩擦纳米发电机，该摩擦纳米发电机的摩擦层由纳米复合薄膜构成。

可选地，该纳米复合薄膜由高分子聚合物和金属有机骨架复合而成。

可选地，该高分子聚合物为聚偏氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯或聚氯乙烯中的至少一种，所述金属有机骨架为UiO-66、HKUST-1、ZIF-8或MIL-101中的至少一种。

可选地，UiO-66是以氯化锆为金属盐，对苯二甲酸为有机配体制备而成，HKUST-1是以硝酸铜为金属盐，均苯三甲酸为有机配体制备而成，ZIF-8是以硝酸锌为金属盐，2-甲基咪唑为有机配体制备而成，MIL-101是以硝酸铬为金属盐，对苯二甲酸为有机配体制备而成。

可选地，该纳米复合薄膜由聚二甲基硅氧烷8和HKUST-1 9复合而成。

可选地，该HKUST-1 9的质量占所述纳米复合薄膜质量的1wt％～10wt％。

可选地，摩擦纳米发电机为垂直接触-分离式、滑动式、单电极式和独立摩擦层式。

可选地，摩擦纳米发电机为垂直接触-分离式，包括：上电极2；正摩擦层3，其形成在上电极2表面；下电极5；负摩擦层4其形成在下电极5表面，负摩擦层4由纳米复合薄膜构成；上电极2与下电极5通过外电路7连接，正摩擦层3与负摩擦层4位置相对，可互相接触分离。

可选地，该摩擦纳米发电机还包括：上基底1；上电极2形成在该上基底1表面；和/或，还包括下基底6，下电极5形成在下基底6表面。

可选地，纳米复合薄膜构成的摩擦层的厚度范围为100微米至500微米。

(三)有益效果