[发明专利]摩擦发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种摩擦发电机，尤其是涉及一种设有分离支撑部的摩擦发电机。

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。

本申请人已经研制出摩擦发电机，其依靠内部摩擦起电电势的变化以及两侧金属极板的诱导效应产生电能，是一种以新颖的原理和方法为基础的新型发电机。该发电机能够在较低成本、较少原材料和加工工序的条件下实现，具有低成本、高性能、不污染环境等优势。该发电机应用广泛，能够从人类活动、交通运输、海浪波动、风力驱动、机械振动等众多活动中获得能量。另外，其还可以为个人电子产品、环境监控、医学科学等提供电能，因此具有巨大的商业价值和社会效益。

但是，根据摩擦发电机的工作原理，在发电机工作的过程中，高分子聚合物与金属电极之间，或者高分子聚合物之间构成摩擦面，摩擦面需要不断的接触摩擦和分离，而一直处于接触状态或者分离状态时发电机则不具有很好的输出性能。因此，为了能够制作出性能优异的发电机，需要对发电机的结构进行改进，使两个摩擦面能够很好的接触与分离。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有摩擦发电机一直处于接触状态或分离状态，输出性能受影响的缺陷，提供一种摩擦发电机，采用保护层包覆的垂直生长于摩擦层表面上的氧化锌纳米线阵列作为分离支撑部，克服了上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明提供的第一技术方案是，一种摩擦发电机，包括依次层叠设置的第一电极层、第一高分子聚合物绝缘层和第二电极层，其中所述第一高分子聚合物绝缘层和第二电极层之间设有支撑部，所述支撑部包括氧化锌纳米线阵列和包覆氧化锌纳米线阵列的保护层，第一电极层和第二电极层分别是摩擦发电机的电压或电流的两个输出端。

前述的摩擦发电机，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、锡、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；所述氧化锌纳米线阵列垂直生长在第一高分子聚合物绝缘层和第二电极层相对表面的任一表面上。

前述的摩擦发电机，第一高分子聚合物绝缘层表面与第二电极层相对表面的至少一个表面上设置有微纳凹凸结构，所述第一高分子聚合物绝缘层表面上设置的微纳凹凸结构为凸起高度50nm-300nm的纳米凹凸结构；所述第二电极层表面上设置的微纳凹凸结构为凸起高度300nm-1μm的微纳凹凸结构。

前述的摩擦发电机，所述摩擦发电机在第一高分子聚合物绝缘层和第二电极层之间设置有第二高分子聚合物绝缘层，所述支撑部设置于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，所述氧化锌纳米线阵列垂直生长在第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层相对表面的任一表面上；第一电极层和第二电极层分别是摩擦发电机的电压或电流的两个输出端。

前述的摩擦发电机，第一高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层相对表面的至少一个表面上设置有微纳凹凸结构，所述微纳凹凸结构为凸起高度50nm-300nm的纳米凹凸结构。

前述的摩擦发电机，所述摩擦发电机进一步包括居间薄膜层，该居间薄膜层设置于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，所述第一高分子聚合物绝缘层和居间薄膜层之间，和/或居间薄膜层与第二高分子聚合物绝缘层之间设有支撑部，氧化锌纳米线阵列垂直生长在第一高分子聚合物绝缘层和居间薄膜层相对表面的任一表面上，和/或第二高分子聚合物绝缘层和居间薄膜层相对表面的任一表面上。

前述的摩擦发电机，第一高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层相对表面的至少一个表面上，和/或第二高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层相对表面的至少一个表面上，设置有微纳凹凸结构，所述微纳凹凸结构为凸起高度50nm-300nm的纳米凹凸结构。