[实用新型]一种用于调节摩擦纳米发电机输出信号的装置

说明书

本实用新型提供了一种用于调节摩擦纳米发电机输出信号的装置，包括外壳、金属电极层、金属电极元件、回弹元件和摩擦元件，所述外壳为内部中空的空腔结构，所述金属电极层固定连接在外壳的内壁，所述金属电极元件包括金属电极元件前部和金属电极元件后部，所述金属电极元件前部位于外壳的外侧，所述金属电极元件后部伸入外壳的内部，所述回弹元件设置在金属电极元件后部和金属电极层之间，所述回弹元件将金属电极元件后部和金属电极层隔开，所述摩擦元件设置在外壳的内部，所述摩擦元件在外部机械力的作用下沿外壳的内壁运动，与金属电极层接触摩擦生电。本实用新型提供的装置结构简单，成本较低，应用范围广。

技术领域

本实用新型涉及摩擦纳米发电机领域，尤其涉及一种用于调节摩擦纳米发电机输出信号的装置。

背景技术

物联网是可以连接互联网上的所有物品的一种技术驱动。随着物联网的快速发展，微电子传感器件在生化检测、环境保护、基础设施监测、医疗保健和健康监测中发挥着越来越重要的作用，然而在这个庞大的物联网系统中，使用传统电池来驱动未来遍布全球的整个传感网络是不切实际的。近年来自驱动能源系统的提出成为解决该问题的关键。自驱动系统技术是指在不需要外部电源的情况下实现功能器件的可持续运行。该技术主要是利用纳米材料和纳米发电技术从环境中获取能量从而将其转化为电能，是一种自给自足的、可持续的能源，它构成了新兴的纳米能源领域。

摩擦纳米发电机(Triboelectric nanogenerator,TENG)是近年来发展起来的一种新型的能源收集器件，它是基于无处不在的摩擦起电效应和静电感应效应的耦合作用产生位移电流并驱动外电路的电荷流动，从而将机械能转化为电能的器件，可实现功能器件的自驱动。摩擦纳米发电机具有结构简单、成本低廉、集成度高、制备材料种类众多等特点。这种新型的可广泛收集低频、微小的环境中机械能的微纳能源技术可在物联网传感网络中发挥重要的作用。

目前传统的摩擦纳米发电机其输出电信号主要由摩擦介电材料决定，研究者们通过对摩擦材料结构形貌和组成成分进行调整使其输出性能得到提升，但该方法往往操作复杂且性能提升幅度有上限。同时，在同一个摩擦纳米发电机器件中，随着环境中机械能的变化，固定的摩擦材料产生的摩擦电输出信号波动幅度较小，这种较小的变化可能会使其在传感系统中产生一些误差。因此，如何能通过简单的方法使摩擦纳米发电机的输出信号得到大幅度的提升，且可根据环境中机械能的变化而呈现较大的波动幅度是一个难题。

发明内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种结构简单、成本低、应用范围广的用于调节摩擦纳米发电机输出信号的装置，不仅可以作为摩擦纳米发电机装置为电子器件进行供电，还可作为传感器件对人体健康等进行监测。

本实用新型提供一种用于调节摩擦纳米发电机输出信号的装置，包括外壳、金属电极层、金属电极元件、回弹元件和摩擦元件，所述外壳为内部中空的空腔结构，所述金属电极层固定连接在外壳的内壁，所述金属电极元件包括金属电极元件前部和金属电极元件后部，所述金属电极元件前部位于外壳的外侧，所述金属电极元件后部伸入外壳的内部，所述回弹元件设置在金属电极元件后部和金属电极层之间，所述回弹元件将金属电极元件后部和金属电极层隔开，所述摩擦元件设置在外壳的内部，所述摩擦元件在外部机械力的作用下沿外壳的内壁运动，与金属电极层接触摩擦生电。

进一步地，所述外壳包括外壳上部和外壳下部，所述外壳上部和外壳下部扣合连接，所述外壳的形状可以为任意形状。

进一步地，所述金属电极层包括第一金属电极片和第二金属电极片，所述第一金属电极片和第二金属电极片分别与外壳的内壁粘接，且所述第一金属电极片和第二金属电极片不接触。

进一步地，所述外壳的形状为圆环，所述外壳下部设有第一凹槽，所述金属电极元件放置在第一凹槽内，所述金属电极元件后部伸入外壳下部的内部，所述金属电极元件后部与第二金属电极片位于同侧，所述回弹元件设置在金属电极元件后部与第二金属电极片之间，所述回弹元件与第二金属电极片接触的部分粘接。