[发明专利]摩擦纳米发电机和摩擦发电方法

说明书

本发明涉及发电机领域，公开了一种摩擦纳米发电机。所述摩擦纳米发电机包括：第一发电部件和第二发电部件，用于互相摩擦或接触分离以产生电能；其中，所述第一发电部件和第二发电部件互相摩擦或接触分离的表面之间为真空。本发明的摩擦纳米发电机能有效防止摩擦起电过程的空气击穿，从而获得高功率密度。

技术领域

本发明涉及一种发电机，具体地涉及将施加的机械能转化为电能的摩擦纳米发电机和摩擦发电方法。

背景技术

由于能源危机和环境压力，人们一直致力于研究维持现代社会的巨大能源消耗的同时最小化环境的消耗。从可再生的自然环境中收集能量是一种缓解能源危机的有效方案。2012年王中林院士发明的用于收集环境中普遍存在却常常被浪费掉的机械能的摩擦纳米发电机(TENG)，已经被证实是一个具有深远意义的解决方案。

作为一个能量收集者，摩擦纳米发电机的商业化应用强烈的依赖与它的功率密度，其和表面摩擦电荷密度成二次方关系。因此，人们一直以来致力于通过改善材料、结构优化和表面修饰等方法来提高摩擦电荷的数量。例如，通过电晕放电来人工注入离子被认为是一种直接的方式来提高电荷密度，结果是产生的电荷密度高达240μC m^-2，但是长时间的稳定保持仍旧是问题。最近，通过结构和材料的设计与优化，摩擦纳米发电机的输出电荷密度高达250μC m^-2。然而，在此之前的研究中可以实现的输出电荷密度都受限于空气击穿现象，并且摩擦电荷密度的极限值与摩擦介质层厚度有关，为了获得高的电荷密度，需要超薄的介质层，从而带来机械强度和稳定性降低等问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在在高电荷密度下的空气击穿问题，提供一种摩擦纳米发电机，该摩擦纳米发电机能破除介质层厚度与摩擦电荷密度的关联，以获得高功率密度。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种摩擦纳米发电机，所述摩擦纳米发电机包括：

第一发电部件和第二发电部件，用于互相摩擦或接触分离以产生电能；其中，所述第一发电部件和第二发电部件互相摩擦或接触分离的表面之间为真空。

优选的，还包括密封结构，用于在所述第一发电部件和第二发电部件互相摩擦或接触分离的表面之间提供真空。

优选的，所述密封结构为真空腔，所述第一发电部件和所述第二发电部件置于所述真空腔内。

优选的，所述密封结构为包覆层，用于包覆在所述第一发电部件和第二发电部件互相摩擦或接触分离的表面之间。

优选的，所述真空的真空度范围为10^-2—10^-7托。

优选的，所述摩擦纳米发电机为滑动式摩擦纳米发电机、接触-分离式摩擦纳米发电机、单电极式摩擦纳米发电机、感应式摩擦纳米发电机。

优选的，所述第一发电部件包括第一电极层，所述第二发电部件包括摩擦层，所述第一电极层与所述摩擦层面对面设置并且可以互相摩擦或接触分离。

优选的，所述第一电极层电连接至等电位或者导体，第一电极层与摩擦层互相摩擦或者接触分离过程中，在所述第一电极层与所述等电位或者导体之间产生电信号。

优选的，所述第二发电部件还包括：

第二电极层，所述第二电极层与所述摩擦层接触设置，所述第一电极层与摩擦层互相摩擦或者接触分离过程中，在所述第一电极层与所述第二电极层之间产生电信号。

优选的，所述第一发电部件包括第一摩擦层和与第一摩擦层接触设置的第一电极层，第二发电部件包括第二摩擦层和与第二摩擦层接触设置的第二电极层；

所述第一摩擦层与所述第二摩擦层面对面设置，并且所述第一摩擦层与所述第二摩擦层互相摩擦或接触分离过程中，在所述第一电极层和第二电极层之间产生电信号。