[发明专利]包围式单电极摩擦纳米发电机、发电方法和追踪装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种摩擦纳米发电机，特别涉及一种包围式单电极摩擦纳米发电机、发电机组、发电方法以及基于该发电机的追踪装置。

背景技术

摩擦纳米发电机的工作原理是基于两种具有不同摩擦电特性的材料之间的相互接触和分离来发电。但是，目前见诸于报道的所有摩擦纳米发电机都需要两个电极层，其中至少一个电极层需要通过导电金属沉积在摩擦薄膜材料的表面而形成，并通过这两个电极层实现对外的电能输出。这种发电机一方面由于金属的沉积导致器件制作成本较高，另外一方面还要求摩擦材料的厚度必须在一定范围内。这些限制因素极大的妨碍了摩擦纳米发电机的推广应用。

追踪系统在安全监控、人机界面和医疗科学方面有着广泛的应用前景，一般的追踪系统是通过提供时间和位置的信息来实现对物体移动的追踪和定位。现有的追踪系统主要是基于一些光学、磁学和力学的传感器网络来实现追踪，外部供电对于这些传感器是必不可少的。大量的电力消耗使现有的这些追踪系统很难在未来的能源危机中得到广泛的应用，发展一种自驱动的追踪系统是从根本上解决这些器件长期而稳定工作的关键。

发明内容

为了克服现有技术中的上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低廉的包围式单电极摩擦纳米发电机、发电机组、发电方法以及基于该发电机的自驱动追踪装置。

为了达到上述目的，本发明首先提供一种包围式单电极摩擦纳米发电机，其特征在于包括具有弹性弯曲形变特性并且围成一空腔的第一部件和至少部分处于所述空腔中的第二部件，所述第一部件面向第二部件的至少部分内表面为摩擦层或电极层，所述第二部件面向所述第一部件的至少部分外表面为电极层或摩擦层，所述电极层与等电位源电连接，所述摩擦层和电极层的至少部分表面在外力和所述第一部件的弹性的作用下能够发生接触和分离，同时通过所述电极层和所述等电位源输出电信号；

优选地，所述摩擦层和所述电极层之间存在摩擦电极序差异；

优选地，所述摩擦层选自聚酰亚胺、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、聚乙烯醇缩丁醛、尼龙、聚丙烯腈和聚双苯酚碳酸酯；

优选地，所述电极层为导电材料，选自金属、铟锡氧化物、有机物导体或掺杂的半导体；

优选地，其所述金属选自金、银、铂、铝、镍、铜、钛、铬或硒，以及由上述金属形成的合金，所述有机物导体为导电高分子，包括自聚吡咯、聚苯硫醚、聚酞菁类化合物、聚苯胺和聚噻吩；

优选地，所述电极层为薄膜或体相材料，其中薄膜的厚度为10nm-5mm；

优选地，所述摩擦层面向所述电极层的表面，和/或，所述电极层面向摩擦层的表面上，全部或部分分布有微米或次微米量级的微结构；

优选地，所述微结构选自纳米线、纳米管、纳米颗粒、纳米棒、纳米花、纳米沟槽、微米沟槽、纳米锥、微米锥、纳米球和微米球状结构，以及由前述结构形成的阵列；

优选地，所述摩擦层面向所述电极层的表面，和/或，所述电极层面向摩擦层的表面上，有纳米材料的点缀或涂层；

优选地，所述摩擦层面向所述电极层的表面，和/或，所述电极层面向摩擦层的表面，经过化学改性，在二者中摩擦电极序相对为负的表面引入容易得到电子的官能团，和/或，在二者中摩擦电极序相对为正的表面引入容易失去电子的官能团；

优选地，所述第一部件朝向所述空腔的全部内表面均为所述摩擦层或电极层；

优选地，所述第一部件为非封闭结构，所述第二部件的上下表面分别与所述第一部件非封闭的边缘固定，使得所述第二部件的部分位于空腔内；

优选地，所述第一部件为闭合曲面或全封闭结构；

优选地，所述闭合曲面为中空的柱面；所述全封闭结构为中空的椭球体、中空的球体、中空的多面体或中间厚、边缘薄的中空饼状结构；

优选地，所述第二部件为薄膜、多面体、柱体、或球体；

优选地，所述第二部件为平板结构；

优选地，所述第二部件为与第一部件的部分内表面贴合的曲面结构；

优选地，在所述分离的过程中，所述摩擦层和电极层表面相互接触的部分能够达到的最大分离间距与二者接触面的长度和宽度尺寸可比或更大；

优选地，所述最大分离间距与所述接触面的长度的比值，以及，所述最大间距与所述接触面的宽度的比值均在1-100之间；

优选地，所述等电位源通过接地提供；

优选地，所述电连接通过需要供电的外电路实现；