[发明专利]一种基于悬浮滑移式电荷自激励的摩擦纳米发电机

说明书

本发明公开一种基于悬浮滑移式电荷自激励的摩擦纳米发电机，包括具有TENG和电荷自激励系统，所述电荷自激励系统用于产生激励电压，从而使TENG电荷累积；所述TENG包括定子和动子，定子和动子之间存在空气间隙；定子的输出端与电荷自激励系统的输入端连接，电荷自激励系统的输出端与动子的输入端连接。通过动子电极与定子电极之间的正反馈实现输出电荷连续自增以提高输出功率，同时通过悬浮结构设计，有效避免接触磨损问题，延长器件的使用寿命。

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，特别涉及一种基于悬浮滑移式电荷自激励的摩擦纳米发电机。

背景技术

分布式能源的应用引起了世界各国的广泛关注。摩擦电纳米发电机(TENG)基于摩擦带电和静电感应的耦合效应，被证明是一种更有效的分布式能量收集策略，如在人体运动、微风、振动等机械能的收集中，可以为个人/小型电子设备提供能量。由于TENG具有成本低、结构简单、材料多样、灵活性和适应性强等突出优点，目前在生物传感、人工智能、高压应用和蓝色能源等方面展现出巨大的应用潜力。

TENG在走向实际应用和商业化的进程中，很大程度上受制与较低的输出功率，而TENG的输出功率与其摩擦面电荷密度成二次正比关系。针对滑移式TENG，接触摩擦会导致摩擦面热损失和磨损，从而降低TENG的表面电荷密度，影响其输出性能。一般是通过添加界面润滑油以延缓磨损，但不能有效的避免，且驱动力增大，不利于微能量的收集。非接触的悬浮滑移模式TENG具有很高的耐久性和几乎100％的理论转换效率(摩擦损失为零)，可以轻松获取轻微的运动能量，显示了TENG在商业过程中最大的潜力。然而，非接触模式TENG的感应介质层上预先存在的电荷会快速衰减，导致非常小的输出，因此需要通过电荷补充、模式自动转换等方法使非接触TENG的电荷密度和输出功率有了明显的提高，但其目前的电输出到实现实际应用要求之间仍然是一个很大的挑战。因此，有必要发明一种具有高耐久性和高输出性能的新结构摩擦纳米发电机，实现更广泛和更有效的微能量收集与应用。

发明内容

针对现有技术中摩擦发电机耐久性和输出功率较低的问题，本发明提出一种基于悬浮滑移式电荷自激励的摩擦纳米发电机，通过动子电极与定子电极之间的正反馈实现输出电荷连续自增以提高输出功率，同时通过悬浮结构设计，有效避免接触磨损问题，延长器件的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种基于悬浮滑移式电荷自激励的摩擦纳米发电机,包括具有TENG和电荷自激励系统，所述电荷自激励系统用于产生激励电压，从而使TENG电荷累积；所述TENG包括定子和动子，定子和动子之间存在空气间隙；定子的输出端与电荷自激励系统的输入端连接，电荷自激励系统的输出端与动子的输入端连接。

优选的,所述动子包括第一硬质基板1、第一绝缘介电膜2和金属感应电极3，第一绝缘介电膜1和金属感应电极3分别设置在第一硬质基板1的下表面且第一绝缘介电膜2和金属感应电极3之间有间隙，金属感应电极3的下表面还覆盖有第二绝缘介电膜4。

优选的,所述第一绝缘介电膜2采用驻极体材料，第二绝缘介电膜4采用尼龙膜。

优选的,第二绝缘介电膜4的尺寸大于金属感应电极3的尺寸。

优选的,所述定子包括第二硬质基板8、第一电极6、第二电极7和第三绝缘介电膜5，第一电极6、第二电极7分别设置第二硬质基板8的上表面，第一电极6、第二电极7的上表面覆盖有第三绝缘介电膜5。

优选的,所述第三绝缘介电膜5采用尼龙膜。

优选的,所述电荷自激励系统包括串联的自倍压整流电路和耐高压的整流二极管，自倍压整流电路的具体电路为：