[发明专利]滑动摩擦发电机、发电方法以及矢量位移传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电机，特别是涉及将机械能转化为电能的滑动摩擦发电机以及发电方法，以及应用该滑动摩擦发电机的矢量位移传感器。

背景技术

滑动摩擦电发电机的工作原理是基于两种不同的摩擦电材料的相互摩擦产生表面电荷转移，但是，所有已经报道的滑动摩擦发电机都是基于导电金属沉积在摩擦电薄膜材料表面作为电极层，从而实现对外输出电能。这种结构的滑动摩擦发电机不仅结构复杂，导致器件制作成本增加，另外，现有的滑动摩擦发电机需要两个电极层用于输出产生的电能。因此，现有滑动摩擦发电机的结构极大的妨碍了这种摩擦电发电机的发展和应用。

发明内容

本发明提供一种结构简单的单电极式滑动摩擦发电机，能够将外力的机械能转变为电能。

为实现上述目的，本发明提供一种滑动摩擦发电机，包括

摩擦层，所述摩擦层的下表面接触设置第一导电层；所述第一导电层电连接至等电位；

所述摩擦层上方设置的第二导电层，所述第二导电层的下表面与所述摩擦层的上表面相对设置；

当所述摩擦层的上表面与所述第二导电层的下表面发生相对滑动摩擦，同时摩擦面积在滑动过程中发生变化时，在所述第一导电层和所述等电位之间输出电信号。

优选的，所述摩擦层的上表面材料与所述第二导电层下表面材料存在电极序差异。

优选的，所述第一导电层通过需要供电的外电路连接至地或等电位电路。

优选的，所述第一导电层通过外负载电连接至等电位。

优选的，所述第二导电层的下表面与所述摩擦层的上表面接触设置。

优选的，在未受外力时所述第二导电层与所述摩擦层不接触，在外力作用下所述第二导电层的下表面与所述摩擦层的上表面接触。

优选的，所述摩擦层的上表面材料选择绝缘体。

优选的，所述绝缘体材料选自聚合物材料。

优选的，所述聚合物材料选自聚甲基丙烯酸甲酯、尼龙、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、聚氯丁二烯、天然橡胶、聚丙烯腈、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯。

优选的，所述摩擦层的厚度100nm-5mm。

优选的，所述第二导电层下表面的材料选自金属，铟锡氧化物或有机物导体。

优选的，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；所述有机物导体选自自聚吡咯、聚苯硫醚、聚酞菁类化合物、聚苯胺和/或聚噻吩。

优选的，所述第二导电层为薄膜材料。

优选的，所述第二导电层的厚度为10nm-5mm。

优选的，所述第二导电层的下表面和/或摩擦层的上表面的全部或部分分布有纳米、微米或次微米量级的微结构，所述微结构为纳米线、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，或者纳米材料的点缀或涂层。

优选的，所述第二导电层的下表面和/或摩擦层的上表面经过化学改性。

优选的，在所述第二导电层的下表面和/或摩擦层的上表面，在摩擦电极序相对为正的材料表面引入更易失电子的官能团，或者在摩擦电极序相对为负的材料表面引入更易得电子的官能团。

优选的，在所述第二导电层的下表面和/或摩擦层的上表面，在极性为正的表面引入正电荷，而在极性为负的表面引入负电荷。

优选的，所述第二导电层的下表面为平面或曲面；

和/或，所述摩擦层的上表面为平面或曲面。

优选的，所述第二导电层的下表面与所述摩擦层的上表面为互补表面。

优选的，所述摩擦层的上表面为凹凸结构的不平整表面，所述第二导电层的下表面为凹凸结构的不平整表面。

优选的，所述第二导电层和/或摩擦层为柔性材料或硬性材料。

优选的，所述第二导电层和/或摩擦层为弹性材料。

优选的，还包括第一基板，所述第一导电层的下表面设置在所述第一基板上；

和/或

第二基板，所述第二导电层的上表面设置在所述第二基板上。

优选的，所述摩擦层由多个摩擦单元构成，所述多个摩擦单元的上表面形成所述摩擦层的上表面。

优选的，所述第二导电层的下表面不能同时与相邻的两个摩擦单元的上表面接触和摩擦。