[发明专利]摆式摩擦纳米发电机、供能器件及传感器

说明书

一种摆式摩擦纳米发电机、供能器件及传感器，摆式摩擦纳米发电机包括：传动单元，包含传动杆，在外界激励作用下所述传动杆能够沿着轴向发生位置移动；摩擦单元，包含具有不同的摩擦电序列的定子摩擦结构和转子摩擦结构，其中，所述转子摩擦结构固定于所述传动杆上并能随着所述传动杆发生位置移动，从而与所述定子摩擦结构发生接触‑分离过程，所述转子摩擦结构具有不平衡的质量分布，在所述转子摩擦结构沿着轴向发生位置移动的同时还以自身质量重心作为平衡位置，绕着所述传动杆发生旋转摆动；以及多个间隔分布的电极单元，设置于所述定子摩擦结构的背面，用于进行电学输出。具有倍频输出、成本低、制作简单、高输出和具有高耐久性的优点。

技术领域

本公开属于新能源技术领域，涉及一种摆式摩擦纳米发电机、供能器件及传感器。

背景技术

随着人类迈入物联网时代，分布于世界各个角落的传感节点与智能设备对能源的需求正不断加大，使得世界范围内面临着能源短缺的问题，探索和开发可持续的清洁能源为传感节点和智能设备供电成为当今世界发展的迫切需求。

为开发可持续的清洁能源，科学人员提出了多种能量采集方式，包括电磁、压电、太阳能电池和摩擦纳米发电机等。然而，压电材料制作的高成本和复杂性很大程度限制了能量采集技术的推广；电磁式采集器在低频下工作效率极低。太阳能电池技术受环境因素影响很大。因此，开发高输出，制备简单和稳定的能量采集器是能量采集的发展方向。

基于摩擦纳米发电机的能量采集技术具有高输出、成本低、制作简单和高转换率等特点，获得了广泛的关注。利用摩擦起电效应和静电感应的耦合作用可实现机械能到电能的转化。摩擦纳米发电机能够将环境中的各种形式的机械能，如振动、旋转以及波浪等等。

现有的摩擦纳米发电机存在诸多欠缺，如低频工作能量转化效率低和发电机工作的耐久性等问题。

例如，有的研究提出一种桶式摩擦纳米发电机用于能量采集，位于内部的圆桶的外表面与外部圆桶内表面作为摩擦层，通过圆桶的旋转，实现能量采集。然而，该摩擦纳米发电机存在摩擦层磨损，大大降低了摩擦纳米发电机的耐久性。

有的研究还涉及一种旋转式摩擦纳米发电机，通过外部的摩擦杆机构可对摩擦纳米发电机进行电荷补充，实现能量转化和增强耐久性。然而，该摩擦纳米发电机在低频下能量转化率较低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种摆式摩擦纳米发电机、供能器件及传感器，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种摆式摩擦纳米发电机，包括：传动单元10，包含传动杆12，在外界激励作用下所述传动杆12能够沿着轴向发生位置移动；摩擦单元20，包含定子摩擦结构21和转子摩擦结构22，所述定子摩擦结构21与所述转子摩擦结构22相对的表面具有不同的摩擦电序列，其中，所述转子摩擦结构22固定于所述传动杆12上并能随着所述传动杆12发生位置移动，从而与所述定子摩擦结构21发生接触-分离过程，所述转子摩擦结构22具有不平衡的质量分布，在所述转子摩擦结构22沿着轴向发生位置移动的同时还以自身质量重心作为平衡位置，绕着所述传动杆12发生旋转摆动；以及多个间隔分布的电极单元4，设置于所述定子摩擦结构21与所述转子摩擦结构22相背的一面，用于进行电学输出。

在本公开的一实施例中，所述摆式摩擦纳米发电机还包括：壳体3，所述摩擦单元20设置于所述壳体3内部，所述定子摩擦结构21固定于所述壳体3内部。

在本公开的一实施例中，所述定子摩擦结构21和转子摩擦结构22相对的表面设置有微纳米结构。