[发明专利]一种蜂窝结构的三电极耦合型三摩擦纳米发电机

说明书

一种蜂窝结构的三电极耦合型三摩擦纳米发电机，本发明涉及纳米发电机领域。本发明要解决现有纳米发电机输出电压幅值较低，收集机械能维度有限的技术问题。该发电机包括侧壁、顶面、底面和填充球，其中侧壁构成正六棱柱结构，且在内侧棱角处设置倒角，侧壁内侧均匀粘贴第一摩擦层、第二摩擦层和第三摩擦层，顶面内侧粘贴第一摩擦层，底面内侧粘贴第二摩擦层。本发明纳米发电机能有效收集径向/轴向振动与周向滚动等全空间内机械能，侧壁设计倒角有助于周向滚动机械能的吸收与转换。本发明制备的纳米发电机输出电压幅值高、耐久性好。本发明蜂窝结构的三电极耦合型三摩擦纳米发电机用于航空航天、汽车制造及生物医疗领域。

技术领域

本发明涉及纳米发电机领域。

背景技术

随着物联网技术的迅速发展，各种小型智能器件已经广泛地应用在航空航天、汽车制造、生物医疗等各个领域当中。然而如何对这些智能器件进行有效、持久的能源供应成为了首要难题。加之现今社会愈发严重的能源危机，寻找一种新的供能方式显得尤为迫切。纳米发电机可以有效收集人们生活中的机械能并将其转换为电能，且通过对其材料选择、结构设计等，纳米发电机可以展现出柔性、大变形、轻质等诸多优异性能。此外，相比于风力、水力发电，纳米发电机没有特定的环境要求，有望将发电“常态化”，革新人们的生活方式。但是目前纳米发电机输出电压幅值较低，收集机械能维度有限，限制了纳米发电机的应用与发展。

发明内容

本发明要解决现有纳米发电机输出电压幅值较低，收集机械能维度有限的技术问题，而提供一种蜂窝结构的三电极耦合型三摩擦纳米发电机。

一种蜂窝结构的三电极耦合型三摩擦纳米发电机，该发电机包括侧壁、顶面、底面和填充球，其中侧壁构成正六棱柱结构，且在内侧棱角处设置倒角，顶面和底面均为六边形，侧壁内侧均匀粘贴第一摩擦层、第二摩擦层和第三摩擦层，顶面内侧粘贴第一摩擦层，底面内侧粘贴第二摩擦层，填充球填充在正六棱柱结构中，填充球的半径与倒角半径相同。

由于该纳米发电机的整体结构为正六棱柱结构，因此形成了蜂窝结构的三电极耦合型三摩擦纳米发电机。

顶面内侧粘贴的第一摩擦层与侧壁内侧粘贴的第一摩擦层相接触，底面内侧粘贴的第二摩擦层与侧壁内侧粘贴的第二摩擦层相接触。

所述侧壁、顶面和底面采用3D打印技术得到。

进一步的，所述第一摩擦层、第二摩擦层、第三摩擦层和填充球的材质选择范围为聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、三聚氰胺、羊毛、蚕丝、铝箔、纸张、棉花、钢铁、木材、硬橡胶、镍、铜、银、醋酸纤维、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚氨酯、聚对苯二甲酸二乙醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷或聚四氟乙烯，且第一摩擦层、第二摩擦层、第三摩擦层和填充球的材质互不相同。

进一步的，当第一摩擦层、第二摩擦层或第三摩擦层的材质为绝缘材料时，需要进行喷银处理或者粘贴导电胶带，并用导线引出。

进一步的，所述侧壁内侧粘贴的第一摩擦层、第二摩擦层和第三摩擦层相互之间有间隔。

进一步的，所述填充球的填充量为正六棱柱结构体积的20～50％。

第一摩擦层、第二摩擦层和第三摩擦层分别引出导线，以“单电极”方式分别与三个整流桥连接，其中每个摩擦层的电极接入整流桥的一个输入端，整流桥的另一个输入端接地。

所述纳米发电机通过三个整流桥得到的三对正负极以串联形式接入外电路。

所述正六棱柱结构的顶面、底面及侧壁均覆盖摩擦层，可收集全空间内机械能。