[發明專利]收集生物運動能量的摩擦式發電機及其使用方法

有效

• 申請號: 201410188905.6
• 申請日: 2014-05-06
• 公開（公告）號: CN104022677B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發明（設計）人: 張海霞;程曉亮;孟博;張曉升;韓夢迪;蘇宗明;劉雯
• 申請（專利權）人: 北京大學科技開發部
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所11255
• 代理人: 毛燕生

技術領域

本發明涉及一種基于摩擦起電的發電機，具體涉及一種基于摩擦起電及靜電感應原理，用于收集生物運動能量及監測生物運動的摩擦式發電機。?

背景技術

從生活環境中采集能量，被廣泛視為實現綠色能源和能源可持續發展的有效途徑，將有望在無線傳輸系統、植入式醫療器件、乃至消費類電子的供能中發揮重要作用。而生物體本身就是充滿了各種形式的能量，包括機械能、化學能等，以人體為例，科學研究表明，人體一天消耗的能量相當于800個2500mAh的電池，可供手機正常消耗3年。?

近年來，基于摩擦生電原理的摩擦式發電機引起了研究人員極大的興趣，摩擦型發電機利用不同材料得失電子能力的差異，通過摩擦使不同材料表面帶有異種電荷，當不同表面產生相對運動時，由于兩表面間電容值的變化，外電路中會有電荷流動，從而達到發電的效果。通過拱形結構使兩表面迅速分離[Wang,S.,Lin,L.andWang,Z.L.NanoLetters,vol.12,pp.6339,2012]，可以得到高電壓輸出的摩擦型納米發電機，其輸出電壓峰值高達幾百伏，但是摩擦型發電機雖然輸出很高，但用于收集生物體運動能的形式還比較少，應用范圍也受到一定的限制。?

發明內容

針對現有技術存在的上述問題，本發明目的在于提供一種基于生物體摩擦的發電機及其制備和使用方法，利用人或其他動物行走時生物體與周圍環境在摩擦時得失電子的差異，當在地面走動時或者與做出其他動物時形成相對的得失電子，利用生物體是一個良導體的特性，在生物體任何部位貼上電極即可形成發電機，并提供高達幾百伏的電壓輸出，并可實時監測生物體的運動。?

為達到上述目的，以人體為能量采集對象為例，本發明提供了收集生物運動能量的摩擦式發電機，需要說明的是，該發明并不局限于人體能量采集，其他動物、家禽也可用此方法采集能量或檢測運動。?

本發明一種收集生物運動能量的摩擦式發電機，包括腳底、貼于人體或生物?體上的導電電極、普通地面、地或導體。所述的腳底位于地面上，貼于人體或生物體上任意部位的導電電極作為生物體電極，從其引出導線通過負載與地或導體相連。?

本發明的優點在于：?

1、本發明提出的基于生物體運動時與周圍環境摩擦的能量采集器，與傳統的電磁式、壓電式能量采集器相比，不需使用額外的功能材料與器件，與之前摩擦式能量采集器相比，不需使用額外的導電電極，不需要產生形變，且有相當高的電壓輸出和很強的充電能力。?

2、本發明利用生物體做電極，利用生物體阻抗遠小于摩擦發電機匹配阻抗的特點，使本發電機的輸出可以在生物體的任何部位獲得，極大的便利了本發明的使用。?

3、本發明由于自身可以提供相當量的電能，且與生物體運動密切相關，可作為自驅動生物體運動檢測器，與現有設備相比，本發明可以監測更多的運動形式，且不需要輔助的驅動電路。?

4、本發明提出的制造方法簡單、成本低、易于制作、可用性高，并且易于與傳統電子器件集成。?

附圖說明

圖1為本發明的基于腳底摩擦的發電機結構示意圖。?

圖2為本發明操作原理示意圖。?

圖3為本發明輸出電壓波形示意圖。?

圖4為人走路時單步充電能力示意圖。?

圖5為人不同動作時該發電機輸出波形圖。?

圖中：?

1.導電電極，2.腳底，3.地或導體，4.地面，5.負載。?

具體實施方式

下面結合實施例進一步描述本發明。本發明的范圍不受這些實施例的限制。?

本發明提供了收集生物運動能量的摩擦式發電機，需要說明的是，該發明并不局限于人體能量采集，其他動物、家禽也可用此方法采集能量或檢測運動。?

下面結合附圖1-圖5闡述本發明提供的基于腳底摩擦的發電機及其制備和使用方法的具體步驟，需要說明的是本發明不僅可用于收集人或動物走路的能量，其他?運動形式比如坐下等也可以。?