[发明专利]共形摩擦纳米发电机单体、共形结构及独立收集器

说明书

一种共形摩擦纳米发电机单体、共形结构及独立收集器，共形摩擦纳米发电机单体，包括：载体层；两个电极层，分别贴附于载体层的上、下表面，与其边缘之间存在距离，使外围部分的载体层暴露；两个摩擦层，分别对应包裹于两个电极层的外围，覆盖于暴露的载体层之上，形成一封闭的夹心结构；其中，两个摩擦层位于不同的摩擦电序列。该单体结构的结构紧凑、性能可靠、便于直接进行共形复制，由共形摩擦纳米发电机单体形成的共形结构，能够基于接触‑分离式或单电极模式同时收集包括风能、振动能以及降落的雨滴能等多种形式机械能，由多个单体或者多个共形结构分布形成的独立收集器可用于大规模、长期收集多种环境机械能，具有高可靠性和高稳定性。

技术领域

本公开属于能源收集技术领域，涉及一种共形摩擦纳米发电机单体、共形结构及独立收集器，特别是一种能够同时收集风能、振动能和降落雨滴能等多种形式的机械能的共形结构，组成该共形结构的共形摩擦纳米发电机单体、以及大量共形结构组成的独立收集器。

背景技术

随着化石燃料燃烧引起的温室气体排放的增加，地球表面温度的升高，这对生态系统，生物多样性和人类生计产生了潜在的有害影响。因此，迫切需要寻找可持续和可再生能源。在周围环境中存在各种形式的能源，其中机械能是最广泛可用的能源之一。然而，环境机械能具有不规则振幅，低频率，不稳定性和广泛分布的特点，这限制了环境机械能的收集和应用。因此，新技术的发展对于收集环境机械能非常重要。

自2012年以来，基于麦克斯韦位移电流第二项，摩擦纳米发电机(TENG)作为一种新兴的技术，提供了一种可以有效地将环境机械能转换为电能的方法。摩擦纳米发电机有四种基本模式：垂直接触分离模式，横向滑动模式，单电极模式和独立层模式。在过去的七年里，基于不同的模式，设计者发明了不同结构的摩擦纳米发电机作为能量收集器用于收集机械能。

然而，目前的摩擦纳米发电机结构或者基于TENG结构的能量收集系统的设计仅限于利用某一种机械能的形式实现能量的收集，不同形式的能源分别采用不同结构的摩擦纳米发电机进行收集，并不能同时实现多种形式能源的收集。

另外，即使有的结构能够同时实现两种形式能量的共同收集，其结构复杂，进一步进行拓展或者形成大的系统则较难以现有结构进行直接复制或拓展，此外，拓展后的性能也并不能实现多个叠加的增强效果。因此，有必要提出一种能够同时收集多种形式能量的可拓展型器件结构。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种共形摩擦纳米发电机单体、共形结构及独立收集器，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种共形摩擦纳米发电机单体，包括：载体层10；第一电极层21和第二电极层22，分别贴附于该载体层10的上、下表面，与载体层10的边缘之间存在距离，使外围部分的载体层10暴露；第一摩擦层31和第二摩擦层32，分别对应包裹于第一电极层21和第二电极层22的外围，覆盖于所述暴露的载体层10之上，形成一封闭的夹心结构；其中，该第一摩擦层31与第二摩擦层32位于不同的摩擦电序列。

根据本公开的另一个方面，提供了一种共形结构，包含至少两个共形摩擦纳米发电机单体，相邻两个共形摩擦纳米发电机单体之间存在一设定距离，该设定距离满足相邻两个共形摩擦纳米发电机单体之间的接触和分离。

在本公开的一些实施例中，在风吹动作用下，至少两个相邻的共形摩擦纳米发电机单体之间发生接触-分离，将风能转化为电能；或者，在外力作用下该共形结构产生振动，至少两个相邻的共形摩擦纳米发电机单体之间发生接触-分离，将振动能转化为电能；或者，在降落的雨滴与该共形结构接触作用下，被接触到的共形摩擦纳米发电机单体将降落的雨滴携带的能量转化为电能。

在本公开的一些实施例中，载体层10的形状为叶片形，包括如下形状的一种或其组合形状：椭圆形、月牙形、分叉形、桃形、扇形以及不规则形状。