[发明专利]一种复合式纳米发电机及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能量转化器件领域，特别涉及一种可以同时将机械能和热能转化为电能的复合式纳米发电机。

背景技术

我们的生活中和环境中蕴藏着丰富的清洁二次能源，诸如太阳能、风能、热能等等。对这些二次能源的回收利用可以有效的解决能源危机和温室效应引发的一系列问题，对于人类社会的可持续发展具有重要意义。

近年来，人们研发出基于氧化锌纳米线的压电效应的纳米发电机，可以用于收集环境中各种来源的机械能，并将其转化为电能，可以用于驱动小型电子设备。另一方面，纳米发电机的一个新的发展趋势是复合式纳米发电机，可以集成各种能量收集的器件，比如压电纳米发电机、太阳能电池、生物燃料电池等等，在纳米发电机领域，人们已经研发了以上几种发电器件之间的集成器件，可以同时收集机械能、光能和生物能源。而在实际生活环境中，机械能的产生往往同时也伴随着由于震动和摩擦而耗散的热能，但是，到目前为止，还没有能够将机械能和热能转化为电能的纳米发电机的相关报道和研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合式纳米发电机，可以同时收集环境中的机械能和热能，形成一种新型高效的能量转化集成器件。

为了实现上述目的，本发明提供一种复合式纳米发电机，包括：电纳米发电机和热电发电机，其中，

所述压电纳米发电机，是基于压电效应的压电纳米发电机，用于将机械能转化为电能；

所述热电发电机，是基于温差电动势效应的热电发电机，用于将热能转化为电能;

所述热电发电机设置在所述压电纳米发电机的上方或下方，与所述压电纳米发电机之间形成上下堆叠结构。

优选地，所述压电纳米发电机包括：

底电极；

所述底电极上的压电纳米结构层；

所述压电纳米结构层上的绝缘层；

所述绝缘层上的顶电极。

优选地，所述热电发电机设置在所述压电纳米发电机的下方，包括：

所述压电纳米发电机的底电极下的上导热元件；

所述上导热元件下的上绝缘层；

所述上绝缘层下的热电层，所述热电层包括交替排列的n型热电元件和p型热电元件，相邻所述n型热电元件与p型热电元件的顶端或底端电连接，其中，每个n型热电元件的顶端或底端仅与一个相邻p型热电元件电连接，每个p型热电元件的顶端或底端仅与一个相邻的n型热电元件电连接；

所述热电层下的下绝缘层；

所述下绝缘层下的下导热元件。

优选地，所述热电发电机设置在所述压电纳米发电机的下方，包括：

所述压电纳米发电机的底电极下的上绝缘层，其中，所述底电极为所述热电发电机的上导热元件；

所述上绝缘层下的热电层，所述热电层包括交替排列的n型热电元件和p型热电元件，相邻所述n型热电元件与p型热电元件的顶端或底端电连接，其中，每个n型热电元件的顶端或底端仅与一个相邻p型热电元件电连接，每个p型热电元件的顶端或底端仅与一个相邻的n型热电元件电连接；

所述热电层下的下绝缘层；

所述下绝缘层下的下导热元件。

优选地，所述热电发电机设置在所述压电纳米发电机的上方，包括：

所述压电纳米发电机的顶电极上的下导热元件；

所述下导热元件上的下绝缘层；

所述下绝缘层上的热电层，所述热电层包括交替排列的n型热电元件和p型热电元件，相邻所述n型热电元件与p型热电元件的顶端或底端电连接，其中，每个n型热电元件的顶端或底端仅与一个相邻p型热电元件电连接，每个p型热电元件的顶端或底端仅与一个相邻的n型热电元件电连接；

所述热电层上的上绝缘层；

所述上绝缘层上的上导热元件。

优选地，所述热电发电机设置在所述压电纳米发电机的上方，包括：

所述压电纳米发电机的顶电极上的下绝缘层，其中，所述顶电极为所述热电发电机的下导热元件；

所述下绝缘层上的热电层，所述热电层包括交替排列的n型热电元件和p型热电元件，相邻所述n型热电元件与p型热电元件的顶端或底端电连接，其中，每个n型热电元件的顶端或底端仅与一个相邻p型热电元件电连接，每个p型热电元件的顶端或底端仅与一个相邻的n型热电元件电连接；

所述热电层上的上绝缘层；

所述上绝缘层上的上导热元件。

优选地，所述上导热元件和/或下导热元件为金属导热元件。