[发明专利]一种基于3D打印技术制作的螺旋状摩擦发电装置

权利要求书

1.一种基于3D打印技术制作的螺旋状摩擦发电装置，其特征在于包括基于3D打印技术制作的螺旋扁平弹簧状弹性基底及粘附于弹性基底上下两侧由相对设置的第一摩擦单元和第二摩擦单元构成的摩擦发电单元，其中弹性基底设计制作时通过CAD软件设计制作，再经切片软件进行处理以获得gcode程序代码，最后将gcode程序代码导入到3D打印机中进行打印制作形成螺旋扁平弹簧状弹性基底，该弹性基底在使用熔融沉积式3D打印机打印制作时其填充率和厚度应保证具有足够的弹性和机械强度，螺旋扁平弹簧状弹性基底上下两侧分别设有第一摩擦单元和第二摩擦单元，第一摩擦单元包括粘附于弹性基底一侧的背电极和粘附于背电极上的第一摩擦层或者包括粘附于弹性基底一侧的第一摩擦层，第二摩擦单元包括粘附于弹性基底另一侧的背电极及粘附于背电极上的第二摩擦层，第一摩擦层和第二摩擦层相对设置且结构一致。

2.根据权利要求1所述的基于3D打印技术制作的螺旋状摩擦发电装置，其特征在于：所述第一摩擦层与第二摩擦层是两种介电常数相差较大的薄膜材料，由于两种材料对电子的束缚能力不同，所以当第一摩擦层与第二摩擦层接触时，对电子束缚能力较强的材料摩擦后表面聚集大量负电荷，对电子束缚能力较弱的材料因失去电子而聚集大量正电荷，致使第一摩擦层与第二摩擦层对应的背电极之间存在电势差，当连通两电极时为了达到电势平衡而产生电流。

3.根据权利要求1所述的基于3D打印技术制作的螺旋状摩擦发电装置，其特征在于：所述螺旋扁平弹簧状弹性基底的打印材料选用机械性能和物理性能均良好的聚乳酸或ABS制得，选用的3D打印设备是基于熔融沉积式3D打印设备。

4.根据权利要求1所述的基于3D打印技术制作的螺旋状摩擦发电装置，其特征在于：所述螺旋扁平弹簧状弹性基底在设计和制作时，该弹性基底的螺距恒定不变，各层外径大小及各层厚度均一致。

5.根据权利要求1所述的基于3D打印技术制作的螺旋状摩擦发电装置，其特征在于：所述螺旋扁平弹簧状弹性基底打印时大部分结构是悬空的，因此打印过程中添加了辅助支撑，在该螺旋结构被完全打印成型后通过拆除对应的辅助支撑部分以获得所需的螺旋扁平弹簧状弹性基底。

6.根据权利要求1所述的基于3D打印技术制作的螺旋状摩擦发电装置，其特征在于：所述第一摩擦单元与第二摩擦单元中的背电极均选用导电性良好的金属材料金、银、铂、铁、铜、铝或以上至少两种金属材料的合金，或者选用导电性良好的半导体导电碳层、导电石墨烯薄膜或柔性导电凝胶，当第二摩擦单元中的背电极为金属材料或金属合金时，该背电极同时作为第二摩擦层。

7.根据权利要求1所述的基于3D打印技术制作的螺旋状摩擦发电装置，其特征在于：所述第一摩擦层为摩擦极性在摩擦序列中靠后的黑橡胶、涤纶、维尼纶、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯的薄膜材料。

8.根据权利要求1所述的基于3D打印技术制作的螺旋状摩擦发电装置，其特征在于：所述第一摩擦层的薄膜材料使用高压电晕极化技术进行极化处理以提高第一摩擦层表面的电荷密度。