[发明专利]摩擦电纳米发电机和利用摩擦电纳米发电机的鞋垫

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电机，特别涉及将重力、运动、振动等自然存在的机械能转化为电能的摩擦电纳米发电机和利用该摩擦电纳米发电机的鞋垫。

背景技术

由于地球重力的作用，所有地球上的生物在移动过程中都要克服其自身的重力。如何回收这些大量浪费的重力能，一直是一项重大的研究课题。

利用带发电装置的鞋垫可以将行走过程中大量流失的重力能转化成电能。目前，已经报道的带发电装置的鞋垫由踏压转动机构、传动机构和微型发电机等组成，这种鞋垫结构复杂、体积大、成本高，并且稳定性和转化效率低，导致了这种技术很难被实际应用。因此，开发一种低成本、结构简单和高转化效率的发电装置和带发电装置的鞋垫一直以来是研究的热点之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够将重力、运动、振动等自然存在的机械能转化为电能的结构简单的摩擦电纳米发电机。

为实现上述目的，本发明提供一种摩擦电纳米发电机，由上向下依次包括上电极层、第一摩擦层、弹性层、第二摩擦层和下电极层，其中，

所述弹性层用于隔离所述第一摩擦层和第二摩擦层；所述弹性层在外力作用下能够被压缩，使所述第一摩擦层和第二摩擦层发生接触；所述弹性层在撤去外力时能够弹性回复，使所述第一摩擦层和第二摩擦层发生分离；

所述第一摩擦层和第二摩擦层分别采用具有不同摩擦电性质的材料。

优选地，撤去外力时，所述弹性层使所述第一摩擦层和第二摩擦层分离，所述第一摩擦层和第二摩擦层不接触部分的距离保持在1mm至10mm。

优选地，所述弹性层为弹性海绵或弹性布料。

优选地，所述第一摩擦层和/或第二摩擦层由高分子材料构成。

优选地，所述高分子材料选自聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚氯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯弹性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯腈和聚双苯酚碳酸酯。

优选地，所述第一摩擦层和/或第二摩擦层的厚度为2-200μm。

优选地，所述第一摩擦层面向所述第二摩擦层的表面和/或第二摩擦层面向所述第一摩擦层的表面部分或全部包括纳米或微米结构。

优选地，所述纳米或微米结构为纳米线、纳米管、纳米棒或微米/纳米颗粒的一种或多种排列或涂层，或者为纳米线、纳米管、纳米棒或微米/纳米颗粒的复合结构。

优选地，所述上电极层和/或下电极层采用导电薄膜。

优选地，所述导电薄膜选自金属薄膜或导电氧化物薄膜。

优选地，所述金属薄膜为铂膜、铝膜、金膜或铜膜。

优选地，所述导电薄膜通过将金属沉积在所述聚合物层表面而形成。

优选地，所述沉积方法为磁控溅射或蒸镀。

优选地，所述的弹性层的厚度为1mm到10mm之间。

优选地，所述的弹性层的面积为第一摩擦层或第二摩擦层面积的5%-70%。

优选地，所述弹性层位于所述第一摩擦层下表面和第二摩擦层上表面的边缘和/或中间。

优选地，还包括整流器，所述摩擦电纳米发电机的上电极层和下电极层分别通过导线与所述整流器的输入端相连接，所述整流器的输出端为摩擦电纳米发电机的输出端。

相应地，本发明还提供一种摩擦电纳米发电机组，包括上下叠加的多个上述摩擦电纳米发电机，其中，

多个所述摩擦电纳米发电机之间为串联和/或并联；在上下两个相邻的所述摩擦电纳米发电机之间包括隔离层，所述隔离层用于将在上的摩擦电纳米发电机的下电极层和在下的摩擦电纳米发电机的上电极层隔离。

优选地，多个所述摩擦电纳米发电机能够同步工作。

相应地，本发明还提供一种利用摩擦电纳米发电机的鞋垫，包括上述摩擦电纳米发电机和包裹所述摩擦电纳米发动机的鞋垫本体，其中，

所述鞋垫本体包括面对面设置的第一表面层和第二表面层；

所述第一表面层位于所述摩擦电纳米发电机的上电极层上，所述第二表面层位于所述摩擦电纳米发电机的下电极层下；所述摩擦电纳米发电机的上电极层和下电极层分别通过导线引出所述鞋垫本体。

优选地，所述摩擦电纳米发电机的第一摩擦层或第二摩擦层的面积与所述第一表面层或第二表面层的面积相当。

优选地，还包括整流器，所述摩擦电纳米发电机的上电极层和下电极层分别通过导线与所述整流器的输入端相连接，所述整流器的输出端通过导线引出所述鞋垫本体。