[发明专利]一种空气间隔式摩擦纳米发电机

说明书

技术领域

本发明涉及纺织和微纳米科技及电子技术领域，特别是涉及一种空气间隔式摩擦纳米发电机。

背景技术

摩擦纳米发电机顺应电子器件微型化和智能可穿戴纺织品的发展需求，同时具有很高的工作效率，具有广阔的发展前景。摩擦纳米发电机根据其工作模式的不同可分为接触—分离式，滑动摩擦式，自由运动式和单电极式。而接触—分离式因其制备简单和能量转化效率高等优点，备受相关研究者的关注。

但是，现有的接触—分离式摩擦纳米发电机的结构尚不完善，多使用弹簧或者其他刚性弹性材料和弹性海绵等作为中间的支撑结构，以实现摩擦纳米发电机结构上、下摩擦面的接触与分离，从而实现能量的转化和收集。虽然这种结构，在外力作用下能够实现上下两个摩擦面的接触和分离，但是弹簧等刚性体的使用严重影响了器件的柔性，严重限制了摩擦纳米发电器件在柔性可穿戴领域的应用。其次，因为弹簧等器件的使用寿命有限，与上下摩擦面是点接触，长时间的压缩和释放导致摩擦纳米发电装置的稳定性和使用寿命受到严重影响。再次，因为弹簧等小器件的使用占据了一定的面积，造成上下摩擦面在接触时的有效面积减小。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种空气间隔式摩擦纳米发电机，提高使用寿命和稳定性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种空气间隔式摩擦纳米发电机，包括第一摩擦层和第二摩擦层，还包括由弹性材料制成的密封结构，所述密封结构的内表面上部固定有上电极材料，下部固定有下电极材料，所述第一摩擦层的背面与上电极材料粘附，所述第二摩擦层的背面与下电极材料粘附，且第一摩擦层和第二摩擦层之间留有空气；当外力施加在密封结构上时，所述第一摩擦层和第二摩擦层相互接触；当外力释放时，所述第一摩擦层和第二摩擦层分离。

所述弹性材料由PU，SIS，SEBS，PP，PVC其中一种或几种的混合物与相容剂、抗氧剂、分散剂合成得到。

所述第一摩擦层和第二摩擦层捕获电子的能力存在差异。

所述第一摩擦层采用尼龙、聚氨酯、羊毛、苯胺甲醛树脂中的一种材料制成。

所述第二摩擦层采用聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚乙烯中的一种材料制成。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明利用空气作为中间间隔层，实现了一体化结构的摩擦纳米发电机，不仅简化了接触—分离式摩擦纳米发电机的结构，而且提高了其使用寿命和稳定性。另一方面，该结构节省了微小部件占据的空间，增大了两个摩擦层在接触时的有效接触面积，从而使得器件的电输出性能进一步提升。此外，由于密封结构，减小了环境湿度对发电性能的影响。同时，用柔性的弹性材料代替传统的硬质材料作为衬底，为柔性可穿戴电子器件提供一种可行的途径。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种空气间隔式摩擦纳米发电机，如图1所示，包括第一摩擦层1和第二摩擦层2，还包括由弹性材料制成的密封结构3，所述密封结构3的内表面上部固定有上电极材料4，下部固定有下电极材料5，所述第一摩擦层1的背面与上电极材料4粘附，所述第二摩擦层2的背面与下电极材料5粘附，且第一摩擦层1和第二摩擦层2之间留有空气6。当没有外力施加的情况下，两个摩擦层中的空气6起到一个支撑间隔作用，实现两个摩擦层的分离；而当外力施加时，由于空气6具有可压缩性，其体积压缩并被挤压到两侧，从而实现上下两个摩擦层的接触；当外力释放时，空气6又会恢复原来的体积填充满整个空间，再次实现上下两个摩擦层的分离，如此实现两个摩擦面的循环接触和分离过程。

其中，制作密封结构3的弹性材料由PU，SIS，SEBS，PP，PVC其中一种或几种的混合物与相容剂、抗氧剂、分散剂合成得到。所述第一摩擦层1和第二摩擦层2捕获电子的能力存在差异。所述第一摩擦层1可以选用捕获电子较差的材料制成，如尼龙、聚氨酯、羊毛、苯胺甲醛树脂等。所述第二摩擦层2可以选用捕获电子较强的材料制成，如聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚乙烯等。

下面通过四个实施例来进一步说明本发明。