[发明专利]一种柔性连通型全封闭摩擦纳米发电机阵列

说明书

本发明涉及一种柔性连通型全封闭摩擦纳米发电机阵列。该阵列包括柔性封闭壳体、第一摩擦层、第二摩擦层和背部电极。该阵列操作简单，材料常规易得，无毒无害；作为防水封闭结构，可不受外界环境条件所影响，且对外界机械刺激具有较好的灵敏度。

技术领域

本发明属于摩擦纳米发电技术领域，特别涉及一种柔性连通型全封闭摩擦纳米发电机阵列。

背景技术

摩擦起电效应是日常生活中不可避免会经历的现象，利用摩擦起电和电荷耦合作用，2012年，王中林教授发明了摩擦纳米发电机(TENG)，可将机械能如自然界中的能量及人体运动产生的能量转化为电能，为新能源的收集提供了新思路。

但TENG的摩擦材料绝大部分为高分子膜，在高湿度、下雨、下雪或薄雾等环境条件下，摩擦材料易被破坏或者在表面形成一层水层，会导致表面电荷密度快速消散，并导致TENG的电输出降低。因此制作封闭型TENG可有效对抗外界条件，从而使电性能输出不受影响。由于很多封闭结构由硬质的亚克力材质制成，笨重且有效接触面积小，而其他一些柔性封闭结构在受到外力时，内部空气产生的压强导致摩擦材料不能有效充分接触，降低了其灵敏度。

文献(Jiang T,Yao Y,Xu L,Zhang L,Xiao T,Wang ZL.Spring-assistedtriboelectric nanogenerator for efficiently harvesting water wave energy.NanoEnergy.2017；31:560-7)中使用硬质亚克力板为基底制作笨重的收集水波能的装置。文献(Zhang Z,Bai Z,Chen Y,Guo J.Versatile triboelectric nanogenerator with ahermetic structure by air supporting for multiple energy collection.NanoEnergy.2019；58:759-67.)中使用乳胶气球为外壳，柔性好，但在受到外力时，易使两摩擦材料不易充分接触。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种柔性连通型全封闭摩擦纳米发电机阵列，以克服现有技术中柔性封闭型摩擦纳米发电机灵敏度不佳的缺陷。

本发明提供一种柔性连通型全封闭摩擦纳米发电机阵列，所述阵列包括柔性封闭壳体、第一摩擦层、第二摩擦层和背部电极，所述柔性封闭壳体是由n个相互连通的空腔单元构成，所述第一摩擦层在所述空腔单元顶部，所述第二摩擦层在所述空腔单元底部，所述电极位于所述第二摩擦层的下方，其中n≥2。

优选地，上述阵列中，所述空腔单元的形状包括正方形，矩形，圆形或六边形。

优选地，上述阵列中，所述空腔单元壳体的高度≥2mm。

优选地，上述阵列中，所述空腔单元材料为柔性的硅橡胶。

优选地，上述阵列中，所述第一摩擦层材料与第二摩擦层材料存在摩擦电极序差异。

更优选地，上述阵列中，所述第一摩擦层材料和第二摩擦层材料包括聚羟基丁酸-戊酯，聚偏氟乙烯，聚酰亚胺，聚酰胺，聚甲基丙烯酸甲酯，聚四氟乙烯，聚氨酯，聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚丙烯腈，纤维素，聚氯乙烯，聚乳酸，聚己内酯，聚碳酸脂，聚二甲基硅氧烷，硅橡胶中的一种。

本发明还提供一种柔性连通型全封闭摩擦纳米发电机阵列的应用。比如用于湿度环境。

本发明采用柔性封装材料，且将每个小TENG构筑气体连通通道来平衡各个TENG内部气压，防水的同时，使摩擦材料在外力作用下更容易接触，进而提升摩擦纳米发电机的灵敏度。比如在刮风、下雨等恶劣环境及收集人走路、跑步、手指按压等情况下，使机械能更容易转换为电能。

有益效果

(1)本发明操作简单，材料常规易得，低成本，无毒无害；