[發明專利]接觸摩擦式納米發電機

有效

• 申請號: 201410648392.2
• 申請日: 2014-11-14
• 公開（公告）號: CN105099257B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發明（設計）人: 鐘強;王珊;刁海豐;程馳
• 申請（專利權）人: 納米新能源（唐山）有限責任公司
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04
• 代理公司: 北京市浩天知識產權代理事務所(普通合伙)11276
• 代理人: 宋菲,劉云貴

技術領域

本發明涉及納米技術領域，更具體地說，涉及一種接觸摩擦式納米發電機。

背景技術

能源短缺是當今人類社會面臨的重大問題，發展新能源技術和節能技術已成為科學領域的重要課題，而采用納米技術的能量收集和轉換裝置具有獨特的自發電和自驅動性質，很可能在制造和驅動自供電納米器件和納米系統裝置中起到關鍵性的作用。自從2006年美國佐治亞理工學院王中林教授研究組首次成功實現了利用氧化鋅納米線將機械能轉化成電能的壓電式納米發電機以來，以壓電效應為基礎，人們相繼研制出了基于不同材料和不同結構的各種納米發電機。與此同時，從周圍環境中收集機械能引起了科學界的極大興趣。通常來講，發電機是一種能夠生成電荷，將正負電荷分開，并用電勢產生的電荷驅動自由電子流的方法。目前，科學家們研制的發電機主要是利用電磁、壓電、靜電等原理收集機械能并轉換電能運用，但很難利用相對滑動的原理收集機械能并轉換電能運用。相對滑動是一種非常普遍的現象，存在于我們日常生活中各個層面。由于它很難被收集和利用，往往是被人們所忽略的一種能源形式。如果能夠通過一種新的方法利用相對滑動的原理產生的電能或者利用該方法將日常生活中不規則的相對滑動的機械能轉成能夠利用的電能，將對人們的日常生活產生重要影響。

截止到目前為止，接觸分離式結構的納米發電機已被研制成功，這一類型的納米發電機主要是利用摩擦原理產生電能。中國專利申請CN201220217634.9公開了一種摩擦發電機以及摩擦發電機機組，所述摩擦發電機包括兩個電極，該電極包括高分子聚合物絕緣層，所述高分子聚合物絕緣層一側表面為微納凹凸結構，另一側表面設置有金屬薄膜，該絕緣層電極微納凹凸結構的表面與另一個絕緣層電極微納凹凸結構的表面正對貼合并通過外側邊緣固定連接；金屬薄膜為摩擦發電機電壓和電流輸出電極。該專利申請依靠摩擦電發電機內部摩擦起電電勢的變化以及兩側金屬極板的誘導效應產生電能，通過串聯多個摩擦電發電機能夠組成發電機組，以提高單位面積的輸出功率。該專利申請公開的方案雖然具有低成本和結構簡單的優勢，但是該方案并沒有對周圍環境中的相對滑動的機械能進行有效地收集。

中國專利申請CN201420045281.8公開了一種接觸-分離式摩擦納米發電機及發電機組。所述發電機包括由M×N個分立的發電機單元構成的發電機單元陣列，其中M和N為自然數；且每個發電機單元包括：第一摩擦件，其背面設置有第一導電層；硬質的上基板，其正面固定有導電的第二摩擦件；彈性連接件，其用于連接第一摩擦件和上基板，使得上基板和第一摩擦件之間具有一定間隙，且僅在上基板受到外力作用后，其正面固定的第二摩擦件和與其對應的第一摩擦件正面接觸，并通過第一導電層和第二摩擦件向外輸出交流脈沖信號。該專利申請采用M×N個與雨滴尺寸相匹配的發電機單元，保證充分利用雨滴動力，柔性防水薄膜在相鄰的第二基板之間形成凹槽，便于水流的導出。該專利申請公開的方案雖然利用了雨滴動力，但是該方案公開的發電機結構復雜、發電效率不高，并且也沒有提及對周圍環境中的相對滑動的機械能進行有效地收集。

發明內容

本發明的發明目的是提供一種接觸摩擦式納米發電機，能夠有效地收集周圍環境中相對滑動的機械能，并且進一步提高現有技術中接觸分離式結構的納米發電機的發電效率。

本發明提供一種接觸摩擦式納米發電機，包括：第一摩擦單元、第二摩擦單元以及移動部件；所述移動部件位于所述第一摩擦單元和所述第二摩擦單元之間；所述第一摩擦單元具有按照預設間隔排布的多個第一去除區域，所述第二摩擦單元具有按照所述預設間隔排布的多個第二去除區域，且所述多個第一去除區域和所述多個第二去除區域是交錯分布的；當所述移動部件與所述第一摩擦單元和所述第二摩擦單元發生相對移動時，所述移動部件分別與所述第一摩擦單元、所述第二摩擦單元產生摩擦作用，且在移動過程中所述第一摩擦單元和所述第二摩擦單元中的一個摩擦單元因所述摩擦作用感應出電荷的區域面積遞增，另一個摩擦單元因所述摩擦作用感應出電荷的區域面積遞減。

進一步，所述多個第一去除區域和所述多個第二去除區域的排布方向與所述移動部件的相對移動方向一致。

進一步，所述第一摩擦單元和所述第二摩擦單元均為金屬電極層，兩個金屬電極層為所述接觸摩擦式納米發電機的輸出電極。

進一步，所述移動部件為高分子聚合物層，所述第一摩擦單元、所述高分子聚合物層和所述第二摩擦單元依次層疊設置；所述高分子聚合物層具有按照所述預設間隔排布的多個第三去除區域；所述多個第三去除區域的排布方向與所述移動部件的相對移動方向一致。