[发明专利]一种提高摩擦发电机输出强度的方法

说明书

本发明提供一种用于提高摩擦发电机中摩擦层表面电荷密度，进而提高摩擦发电机输出功率密度的方法。由于摩擦发电机的输出电压和输出电流均正比于发电机中摩擦层表面所带的静电荷密度，因此提高这一静电荷密度成为提高摩擦发电机输出功率的关键。利用本发明的方法，可以直接往摩擦层表面注入同种电性的离子，使得电荷密度获得至少5倍的大幅度提高，进而发电机输出功率得到25倍以上的提高。本方法具有操作简易、成本低廉、效果显著等特点，并且对任何绝缘材料都适用。

技术领域

本发明涉及一种提高摩擦发电机电信号输出强度的方法。

背景技术

从2012年开始，基于摩擦静电效应的摩擦发电机得以快速发展，并以其高效的输出、简单的工艺、稳定的性能，为机械能转变为电能来驱动电子器件提供了一种十分具有前景的途径。但是，现有的摩擦发电机输出电流普遍偏小，还难以满足用电器件的供电需求。从摩擦发电机的基本工作原理上来说，其输出的电压和电流均正比于摩擦层表面所带有的摩擦静电荷密度。因此，提高摩擦发电机输出功率的一个关键途径就是提高摩擦发电机中的表面静电荷密度。

之前的研究都是通过增加摩擦表面的相互接触面积和相对滑动程度来实现表面电荷的提高，例如在表面进行纳米化图案处理和改变摩擦层接触结构等方式。但是，这些技术并没有改变摩擦层材料本身的性质，而材料本身的性质决定了两个摩擦层之间通过摩擦所能产生的表面静电荷的限度。这成为摩擦发电机输出功率密度进一步提高的主要限制因素。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是发展一种简单而实用的方法，将摩擦发电机中摩擦层表面所带有的电荷密度大幅提高，而以此来提高摩擦发电机的输出功率密度。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提出一种方法，通过直接将电性相同的离子喷射到摩擦发电机中摩擦层的表面，而使该表面带上静电。这种方法可以将静电直接引入到摩擦表面上，不用受到材料本身性质的限制。为了避免绝缘表面上积累的静电使得表面附近的空气被击穿，需要在摩擦层的背面镀上一层电极，并在离子注入的时候，保持电极接地。这样注入的离子就可以吸引反号的电荷从地面流入电极层，而屏蔽所注入的静电荷在空气中所产生的电场。利用这种方法，摩擦层表面所带的电荷密度理论上可以达到对应于所用绝缘层的击穿场强的大小，因此通过反复地进行离子注入这一过程，可使表面所带电荷密度达到很高的范围。

由于这一方法需要摩擦发电机中带电摩擦层薄膜的背面附着有电极层，因此这一方法能显著提高垂直接触式和平行滑动式这两种模式的摩擦发电机输出性能。

(三)有益效果

本发明方法最突出的优点是静电引入的过程简单、直接、可控，操作容易，成本低廉，并且可以有效地大幅提高摩擦发电机的输出功率密度。

附图说明

图1为本发明向摩擦层表面注入离子的方法示意图；

图2为本发明经过处理后的摩擦发电机的工作原理示意图；

图3为实施例1中摩擦发电机经本发明方法处理前后的电信号输出谱图；

图4为驻极体材料作为摩擦层的情况下，离子注入次数与摩擦层表面电荷密度的关系图；

图5为非驻极体材料作为摩擦层的情况下，离子注入次数与摩擦层表面电荷密度的关系图；

图6为不同摩擦层厚度与摩擦层表面可注入电荷密度的关系。

具体实施方式