[发明专利]一种光能耦合的摩擦纳米发电机

说明书

一种光能耦合的摩擦纳米发电机，包括：第一平板，第二平板，分别设置在第一平板和第二平板上的第一电极和第二电极；第二电极上还设置有复合摩擦层；复合摩擦层由具有电负性的绝缘薄膜组成，并且绝缘薄膜内部掺杂有具有氧空位的过渡金属氧化物纳米颗粒，在外力作用下，第一电极的表面与复合摩擦层的表面发生周期性摩擦接触与分离，从而产生电能。上述摩擦纳米发电机利用过渡金属氧化物纳米颗粒的光电效应，在复合摩擦层掺杂过渡金属氧化物纳米颗粒实现机械能和光能有机结合，还通过空位工程处理，使得过渡金属氧化物的结构中形成氧空位，增加载流子的浓度，从而在光照情况下提高摩擦纳米发电机工作时的电荷密度和发电效率。

【技术领域】

本发明涉及纳米发电设备领域，尤其涉及一种光能耦合的摩擦纳米发电机。

【背景技术】

目前，物联网的运作需要使用大量的传感器，而传感器的工作需要使用太阳能或电池来进行供电，其中太阳能受限于时间和传感器所在的自然气候条件，电池则需要定期进行更换并且存在污染环境的风险。为了对传感器提供长时间无需更换的供电设备，已经出现摩擦纳米发电机，其基于接触起电和静电感应的原理，有效收集自然界或人类日常运动形成的机械能，并将机械能转换为电能。但是现有的摩擦纳米发电机存在设计结构复杂和电荷密度低等问题，无法实现低成本和高效的发电。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种光能耦合的摩擦纳米发电机，包括第一平板，第二平板，分别设置在第一平板和第二平板上的第一电极和第二电极；第二电极上还设置有复合摩擦层；复合摩擦层由具有电负性的绝缘薄膜组成，并且绝缘薄膜内部掺杂有具有氧空位的过渡金属氧化物纳米颗粒，在外力作用下，第一电极的表面与复合摩擦层的表面发生周期性摩擦接触与分离，从而产生电能。上述摩擦纳米发电机利用过渡金属氧化物纳米颗粒的光电效应，在复合摩擦层掺杂过渡金属氧化物纳米颗粒实现机械能和光能有机结合，还通过空位工程处理，使得过渡金属氧化物的结构中形成氧空位，增加载流子的浓度，从而在光照情况下提高摩擦纳米发电机工作时的电荷密度和发电效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现：

一种光能耦合的摩擦纳米发电机，包括：

相互平行设置的第一平板和第二平板；

第一电极，其设置在所述第一平板与所述第二平板相对的表面上；

第二电极，其设置在所述第二平板与所述第一平板相对的表面上；

复合摩擦层，其设置在所述第二电极与所述第一平板相对的表面上；所述复合摩擦层由具有电负性的绝缘薄膜组成，并且所述绝缘薄膜内部掺杂有具有氧空位的过渡金属氧化物纳米颗粒；

所述第一电极和所述复合摩擦层作为所述摩擦纳米发电机的摩擦对，在外力作用下，所述第一电极的表面与所述复合摩擦层的表面发生周期性摩擦接触与分离，从而产生电能。

在其中一实施例中，所述第一平板和所述第二平板具有相同的尺寸；所述第一平板和所述第二平板均由亚克力材料制成。

在其中一实施例中，所述第一电极粘连设置在所述第一平板与所述第二平板相对的表面上；所述第二电极粘连设置在所述第二平板与所述第一平板相对的表面上。

在其中一实施例中，所述第一电极和所述第二电极均为透明导电薄膜。

在其中一实施例中，所述第一电极和所述第二电极由石墨烯、氧化铟锡、二氧化钼薄膜、碳纳米管或银纳米线制成。

在其中一实施例中，所述复合摩擦层粘连设置在所述第二电极与所述第一平板相对的表面上；或者，所述复合摩擦层利用化学键连接设置在所述第二电极与所述第一平板相对的表面上；或者，所述复合摩擦层直接生长设置在所述第二电极与所述第一平板相对的表面上。

在其中一实施例中，所述绝缘薄膜由聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯或聚氯乙烯制成。