[发明专利]多层高功率纳米摩擦发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种摩擦发电机，尤其是涉及一种利用导电（金属）材料作为摩擦电极的多层高功率纳米摩擦发电机。

背景技术

随着现代生活水平不断提高，生活节奏不断加快，出现了应用方便、对环境依赖度低的自发电设备。现有的自发电设备通常利用材料的压电特性。例如2006年，美国佐治亚理工学院教授王中林等成功地在纳米尺度范围内将机械能转换成电能，研制出世界上最小的发电机-纳米发电机。纳米发电机的基本原理是：当纳米线（NWs）在外力下动态拉伸时，纳米线中生成压电电势，相应瞬变电流在两端流动以平衡费米能级。

物体和物体之间相互进行摩擦，就会使一方带上负电，另一方带上正电，由于物体间摩擦产生的电叫摩擦电。摩擦电是自然界最常见的现象之一，但是因为很难收集利用而被忽略。如果能够将摩擦电应用到自发电设备中，势必会给人们的生活带来更多的便利。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有摩擦发电机输出功率不高的缺陷，提供了一种多层高功率纳米摩擦发电机，利用导电（金属）材料和聚合物摩擦，产生感应电场，从而完成自供电。由于本发明摩擦发电机使用了导电（金属）材料，提高了电能的输出功率。此外，现有触摸屏等产品都是金属上直接覆盖高分子聚合物，可以与本发明结合使用。

为了解决上述技术问题，本发明提供的第一技术方案是，一种纳米摩擦发电机，包括依次层叠设置的电极，高分子聚合物绝缘层，以及摩擦电极；高分子聚合物绝缘层和摩擦电极相对设置的两个面中的至少一个面上设置有微纳凹凸结构；所述电极和摩擦电极为摩擦发电机电压和电流输出电极。

优选的，所述电极所用材料是铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜、金属或合金，其中金属是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨或钒；合金是铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金；所述摩擦电极所用材料是金属或合金，其中金属是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨或钒；合金是铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金。

优选的，所述高分子聚合物绝缘层所用材料选自聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤维素薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纤维（再生）海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纤维薄膜、聚甲基丙烯酸甲酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚异丁烯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、甲醛苯酚缩聚物薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯共聚物薄膜中的任意一种。

优选的，所述高分子聚合物绝缘层表面上设置的微纳凹凸结构为纳米级至微米级的凹凸结构，优选凸起高度50nm-300nm的纳米凹凸结构。

优选的，所述摩擦电极表面上设置的微纳凹凸结构为纳米级至微米级的凹凸结构，优选凸起高度300nm-1μm的纳米凹凸结构。

本发明提供的第二技术方案是，一种纳米摩擦发电机，所述纳米摩擦发电机包括依次层叠设置的第一电极，第一高分子聚合物绝缘层，第二高分子聚合物绝缘层和第二电极；其中，第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层之间设置有摩擦电极；第一高分子聚合物绝缘层和摩擦电极两个相对面中的至少一个面上设置有微纳凹凸结构；第二高分子聚合物绝缘层和摩擦电极两个相对面中的至少一个面上设置有微纳凹凸结构；所述第一电极和第二电极串联为摩擦发电机电压和电流的一个输出电极；所述摩擦电极为摩擦发电机电压和电流的另一个输出电极。

优选的，所述摩擦电极所用材料是可以选择导电薄膜、导电高分子、金属材料，金属材料包括纯金属和合金，纯金属选自金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨、钒等，合金可以选自轻合金（铝合金、钛合金、镁合金、铍合金等）、重有色合金（铜合金、锌合金、锰合金、镍合金等）、低熔点合金（铅、锡、镉、铋、铟、镓及其合金）、难熔合金（钨合金、钼合金、铌合金、钽合金等）。

优选的，所述第一高分子聚合物绝缘层与所述第二高分子聚合物绝缘层材质相同。