[發明專利]滑動摩擦發電機、發電方法以及矢量位移傳感器

有效

• 申請號: 201310291321.7
• 申請日: 2013-07-11
• 公開（公告）號: CN104283453B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 王中林;楊亞;張虎林
• 申請（專利權）人: 北京納米能源與系統研究所
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04;G01D5/12
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司11283
• 代理人: 肖冰濱,陳瀟瀟

技術領域

本發明涉及一種發電機，特別是涉及將機械能轉化為電能的滑動摩擦發電機以及發電方法，以及應用該滑動摩擦發電機的矢量位移傳感器。

背景技術

滑動摩擦電發電機的工作原理是基于兩種不同的摩擦電材料的相互摩擦產生表面電荷轉移，但是，所有已經報道的滑動摩擦發電機都是基于導電金屬沉積在摩擦電薄膜材料表面作為電極層，從而實現對外輸出電能。這種結構的滑動摩擦發電機不僅結構復雜，導致器件制作成本增加，另外，現有的滑動摩擦發電機需要兩個電極層用于輸出產生的電能。因此，現有滑動摩擦發電機的結構極大的妨礙了這種摩擦電發電機的發展和應用。

發明內容

本發明提供一種結構簡單的單電極式滑動摩擦發電機，能夠將外力的機械能轉變為電能。

為實現上述目的，本發明提供一種滑動摩擦發電機，包括

摩擦層，所述摩擦層的下表面接觸設置第一導電層；所述第一導電層電連接至等電位；

所述摩擦層上方設置的第二導電層，所述第二導電層的下表面與所述摩擦層的上表面相對設置；

當所述摩擦層的上表面與所述第二導電層的下表面發生相對滑動摩擦，同時摩擦面積在滑動過程中發生變化時，在所述第一導電層和所述等電位之間輸出電信號。

優選的，所述摩擦層的上表面材料與所述第二導電層下表面材料存在電極序差異。

優選的，所述第一導電層通過需要供電的外電路連接至地或等電位電路。

優選的，所述第一導電層通過外負載電連接至等電位。

優選的，所述第二導電層的下表面與所述摩擦層的上表面接觸設置。

優選的，在未受外力時所述第二導電層與所述摩擦層不接觸，在外力作用下所述第二導電層的下表面與所述摩擦層的上表面接觸。

優選的，所述摩擦層的上表面材料選擇絕緣體。

優選的，所述絕緣體材料選自聚合物材料。

優選的，所述聚合物材料選自聚甲基丙烯酸甲酯、尼龍、聚乙烯醇、聚酯、聚異丁烯、聚氨酯彈性海綿、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇縮丁醛、聚氯丁二烯、天然橡膠、聚丙烯腈、聚雙苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亞胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯。

優選的，所述摩擦層的厚度100nm-5mm。

優選的，所述第二導電層下表面的材料選自金屬，銦錫氧化物或有機物導體。

優選的，所述金屬選自金、銀、鉑、鋁、鎳、銅、鈦、鉻或硒，以及由上述金屬形成的合金；所述有機物導體選自自聚吡咯、聚苯硫醚、聚酞菁類化合物、聚苯胺和/或聚噻吩。

優選的，所述第二導電層為薄膜材料。

優選的，所述第二導電層的厚度為10nm-5mm。

優選的，所述第二導電層的下表面和/或摩擦層的上表面的全部或部分分布有納米、微米或次微米量級的微結構，所述微結構為納米線、納米管、納米顆粒、納米棒、納米花、納米溝槽、微米溝槽，納米錐、微米錐、納米球和微米球狀結構，以及由前述結構形成的陣列，或者納米材料的點綴或涂層。

優選的，所述第二導電層的下表面和/或摩擦層的上表面經過化學改性。

優選的，在所述第二導電層的下表面和/或摩擦層的上表面，在摩擦電極序相對為正的材料表面引入更易失電子的官能團，或者在摩擦電極序相對為負的材料表面引入更易得電子的官能團。

優選的，在所述第二導電層的下表面和/或摩擦層的上表面，在極性為正的表面引入正電荷，而在極性為負的表面引入負電荷。

優選的，所述第二導電層的下表面為平面或曲面；

和/或，所述摩擦層的上表面為平面或曲面。

優選的，所述第二導電層的下表面與所述摩擦層的上表面為互補表面。

優選的，所述摩擦層的上表面為凹凸結構的不平整表面，所述第二導電層的下表面為凹凸結構的不平整表面。

優選的，所述第二導電層和/或摩擦層為柔性材料或硬性材料。

優選的，所述第二導電層和/或摩擦層為彈性材料。

優選的，還包括第一基板，所述第一導電層的下表面設置在所述第一基板上；

和/或

第二基板，所述第二導電層的上表面設置在所述第二基板上。

優選的，所述摩擦層由多個摩擦單元構成，所述多個摩擦單元的上表面形成所述摩擦層的上表面。

優選的，所述第二導電層的下表面不能同時與相鄰的兩個摩擦單元的上表面接觸和摩擦。