[发明专利]一种蜂窝结构的自恢复塑料基摩擦纳米发电器件

说明书

本发明涉及一种蜂窝结构的自恢复塑料基摩擦纳米发电器件，包括蜂窝状支撑结构，所述蜂窝状支撑结构由多个自恢复支撑塑料基底排列堆叠而成，所述自恢复支撑塑料基底为内部空心的直六棱柱结构，所述直六棱柱结构的六个侧面的内表面依次相间的布置有第一摩擦单元和第二摩擦单元，使得所述第一摩擦单元与第二摩擦单元面对面设置；在外力作用下所述第一摩擦单元和第二摩擦单元相互接触，外力消除后所述蜂窝状支撑结构在自恢复支撑塑料基底的自恢复特性作用下分离，从而实现第一摩擦单元和第二摩擦单元周期性接触与分离以在第一摩擦单元背面电极和第二摩擦单元背面电极之间产生交流脉冲电信号。本发明提高了发电器件耐久性和实用性。

技术领域

本发明涉及一种摩擦纳米发电器件，特别是涉及一种蜂窝结构的自恢复塑料基摩擦纳米发电器件。

背景技术

近年来出现了一种备受人们关注的微纳能源收集装置——摩擦纳米发器件，它具有高效的能源转化效率。它基于摩擦起电和静电感应的耦合原理，能将环境中多种形式的机械能收集起来并将其转化成电能，特别是在人体运动等低频机械能收集转化方面独具优势。

目前，现有的摩擦纳米发电器件中垂直接触—分离模式的装置由于制备过程简单、能量转化效率高，受到学者广泛研究。为实现垂直接触—分离式摩擦纳米发电器件上下两摩擦单元的周期性接触与分离，研究者设计出多种结构的摩擦发电装置，如将弹簧刚性体、海绵弹性块等作为上下摩擦单元的支撑结构。虽然在机械力作用下这些小部件能实现上下两个摩擦单元的周期性接触分离，但弹簧的刚性严重影响了器件的柔性。更多的是，弹簧、海绵弹性块等小部件的使用占用一定空间，导致上下两摩擦单元不能完全紧密接触，减小了摩擦单元之间的有效接触面积。为了解决上述问题，近来研究者设计了一种基于折纸的摩擦纳米发电机，利用纸张为支撑结构可实现两摩擦单元的接触与分离，廉价环保。但是这种摩擦发电器件耐候性差、柔韧性欠佳，遇水结构极易被破坏，其使用寿命非常有限，长时间的压缩恢复会严重影响摩擦纳米发电装置的电输出性能及其信号稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种蜂窝结构的自恢复塑料基摩擦纳米发电器件，利用塑料的柔韧回弹性和蜂窝结构设计实现多种机械能的有效采集，同时提高发电器件耐久性和实用性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种蜂窝结构的自恢复塑料基摩擦纳米发电器件，包括蜂窝状支撑结构，所述蜂窝状支撑结构由多个自恢复支撑塑料基底排列堆叠而成，所述自恢复支撑塑料基底为内部空心的直六棱柱结构，所述直六棱柱结构的六个侧面的内表面依次相间的布置有第一摩擦单元和第二摩擦单元，使得所述第一摩擦单元与第二摩擦单元面对面设置；在外力作用下所述第一摩擦单元和第二摩擦单元相互接触，外力消除后所述蜂窝状支撑结构在自恢复支撑塑料基底的自恢复特性作用下分离，从而实现第一摩擦单元和第二摩擦单元周期性接触与分离以在第一摩擦单元背面电极和第二摩擦单元背面电极之间产生交流脉冲电信号。

所述直六棱柱结构为底面是正六边形的直棱柱或底面为等边非等角的六边形的直棱柱。

每相邻两个自恢复支撑塑料基底的公共边的两侧设置不同的摩擦单元。

所述第一摩擦单元包括布置在所述直六棱柱结构内表面上的第一感应电极层和紧密粘附于第一感应电极层上的第一摩擦层；所述第二摩擦单元包括设置在所述直六棱柱结构内表面上的第二感应电极层和紧密粘附于第二感应电极层上的第二摩擦层；在分离状态下，任意相邻的两摩擦单元之间保证不接触，且面对面布置的摩擦发电单元在垂直方向上留有一定空隙；所述第一摩擦层和第二摩擦层的捕获电子能力存在明显差异。

所述面对面或相邻设置的第一摩擦单元和第二摩擦单元构成一组发电单元，各组发电单元以并联的方式接入电路。

所述自恢复支撑塑料基底采用具有柔韧性的塑料制成。

所述第一摩擦层和第二摩擦层采用具有摩擦电特性的高分子材料和/或金属材料制成。

有益效果