[发明专利]一种磁场驱动的纳米摩擦发电机

说明书

技术领域

本发明涉及纳米技术领域，更具体地说，涉及一种磁场驱动的纳米摩擦发电机。

背景技术

纳米技术也称毫微技术，是研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用的一种技术。纳米科学的概念是在20世纪80年代初提出的，现如今纳米技术已经被广泛应用到材料、机械、电子、生物、医药等诸多领域。其中，采用纳米技术的能量收集和转换装置，由于其独特的自发电和自驱动性质，很可能在制造和驱动自供电纳米器件和纳米系统装置中起到关键性的作用，最近受到了各国研究人员越来越多的关注。2006年，美国佐治亚理工学院王中林教授研究组首次成功实现了利用氧化锌纳米线将机械能转化成电能的压电式纳米发电机。随后，以压电效应为基础，基于不同材料和结构的各种纳米发电机被相继研制出来。目前，纳米发电机的输出功率足以驱动商用发光二极管（LED）、小型液晶显示器、甚至自供电无线数据传送设备。功率密度也已经达到了1-10mW/cm3。

然而，现有的纳米发电机在将机械能转化为电能的过程中，都需要外部作用力直接作用于发电机器件本身。这将导致其在一些特殊的场合下无法适用，例如在动物体内，以及一些外力无法直接接触的部分，从而大大限制了纳米发电机的应用。

发明内容

本发明的发明目的是针对现有技术的缺陷，提出一种磁场驱动的纳米摩擦发电机，无需外部的作用力直接作用于发电机器件本身即可实现发电。

本发明提供了一种磁场驱动的纳米摩擦发电机，包括：

第一高分子聚合物绝缘层；

第一电极，位于所述第一高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上；

第二高分子聚合物绝缘层；

第二电极，位于所述第二高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上；

居间薄膜，其一侧表面设有微纳凹凸结构，所述居间薄膜设有微纳凹凸结构的一侧表面与所述第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面贴合，所述居间薄膜未设有微纳凹凸结构的一侧表面固定在所述第二高分子聚合物绝缘层的第二侧表面上；

磁性材料层，位于所述第一电极或第二电极上；

所述第一电极和第二电极是所述磁场驱动的纳米摩擦发电机的输出电极。

作为一种实施方式，所述磁性材料层所采用的材料具体为铁、钴或镍，或者具体为铁、钴或镍的氧化物。

作为另一种实施方式，所述磁性材料层为具有磁性粒子的高分子聚合物绝缘层。

进一步的，所述磁性粒子具体为铁、钴或镍粒子，或者具体为铁、钴或镍的氧化物粒子。

进一步的，所述磁性粒子为磁性纳米粒子。

作为又一种实施方式，所述磁性材料层为镀有磁性材料的高分子聚合物绝缘层。

进一步的，所述磁性材料具体为铁、钴或镍，或者具体为铁、钴或镍的氧化物。

本发明还提供了一种磁场驱动的纳米摩擦发电机，包括：

第一高分子聚合物绝缘层；

第一电极，位于所述第一高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上；

第二高分子聚合物绝缘层；

第二电极，位于所述第二高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上；

居间薄膜，其一侧表面设有微纳凹凸结构，所述居间薄膜设有微纳凹凸结构的一侧表面与所述第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面贴合，所述居间薄膜未设有微纳凹凸结构的一侧表面固定在所述第二高分子聚合物绝缘层的第二侧表面上；

所述第一高分子聚合物绝缘层或所述第二高分子聚合物绝缘层具有磁性物质；

所述第一电极和第二电极是所述磁场驱动的纳米摩擦发电机的输出电极。

进一步的，所述第一高分子聚合物绝缘层或所述第二高分子聚合物绝缘层中具有磁性粒子。

进一步的，所述磁性粒子具体为铁、钴或镍粒子，或者具体为铁、钴或镍的氧化物粒子。

进一步的，所述磁性粒子为磁性纳米粒子。

本发明提供的磁场驱动的纳米摩擦发电机，无需外部的作用力直接作用于发电机器件本身，而是通过在电极上涂覆磁性材料层或采用含有磁性物质的第一高分子聚合物绝缘层或第二高分子聚合物绝缘层，借用磁场和磁力使对应的高分子聚合物绝缘层发生形变，从而带动纳米摩擦发电机整体发生弯曲，这种弯曲又会导致纳米摩擦发电机的内部摩擦界面发生相对运动，进而产生电能。

附图说明

图1为本发明提供的磁场驱动的纳米摩擦发电机的实施例一的截面示意图；

图2a为用于制作本发明的居间薄膜的图形化的硅模板的结构示意图；