[發明專利]具有雙工作模式的摩擦納米發電機、裝置及傳感器

有效

• 申請號: 201710511513.2
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN109149995B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 賀川;王中林
• 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
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發明公開了一種具有雙工作模式的摩擦納米發電機、裝置及傳感器。該摩擦納米發電機包括：第一發電部，包括：第一電極板和第一薄膜材料，其中，第一薄膜材料附著于第一電極板表面；第二發電部，包括：第二電極板和第二薄膜材料，其中，第二薄膜材料附著于第二電極板表面；以及導電顆粒，填充于第一發電部和第二發電部形成的空間中，并可與第一發電部、第二發電部接觸摩擦；其中，導電顆粒與第一薄膜材料及第二薄膜材料均具有不同的電負性。該摩擦納米發電機結構簡單、成本低廉、易于集成且器件的厚度小，不需要直接與外界物體接觸或者滑動摩擦，延長了使用壽命；可以同時實現兩種工作模式，拓寬了使用范圍。

技術領域

本公開屬于新能源技術領域，涉及一種具有雙工作模式的摩擦納米發電機、裝置及傳感器。

背景技術

隨著微電子技術的進一步發展，微型電子設備的體積和功耗也隨之降低，同時隨著物聯網的快速發展，人們亟需找到新的發電方式來滿足微型電子設備及微型自驅動系統的發展。不同于傳統發電機，微型發電機利用壓電、熱電和摩擦發電等技術，來收集周圍環境的各種能量，如機械能和熱能，將其轉化為電能。這類發電機具有體積小、成本低等優點，有望在不久的將來取代電池，為微型電子設備及系統提供可持續的清潔能源。

摩擦納米發電機自提出以來，就受到了廣泛的關注。摩擦納米發電機是利用兩種摩擦材料之間的接觸-分離、滑動等方式，來收集環境中的各種機械能，并將之轉化為電能。目前，在能量收集、可穿戴設備、傳感等領域都有著廣泛的應用。但是，仍存在如下技術問題亟待解決：摩擦納米發電機一般都需要兩個摩擦層之間相互接觸，因此，在收集機械能的過程之中就會對摩擦層造成磨損，進而影響摩擦納米發電機的效率和壽命；此外，大部分摩擦納米發電機都是基于一種工作模式，因而限定了發電機的應用范圍。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本公開提供了一種具有雙工作模式的摩擦納米發電機、裝置及傳感器，以至少部分解決以上所提出的技術問題。

(二)技術方案

根據本公開的一個方面，提供了一種具有雙工作模式的摩擦納米發電機，包括：第一發電部110，包括：第一電極板111和第一薄膜材料112，其中，第一薄膜材料112附著于第一電極板111表面；第二發電部120，包括：第二電極板121和第二薄膜材料122，其中，第二薄膜材料122附著于第二電極板121表面；以及導電顆粒300，填充于第一發電部110和第二發電部120形成的空間中，導電顆粒(300)表面為導體材料，并可與第一發電部110、第二發電部120互相碰撞并且互相摩擦；其中，導電顆粒300與第一薄膜材料112具有不同的電負性，與第二薄膜材料122也具有不同的電負性。

在本公開的一些實施例中，該摩擦納米發電機還包括：外殼200，設置于第一發電部110和第二發電部120的外側，將第一發電部110、第二發電部120以及導電顆粒300封閉。

在本公開的一些實施例中，該摩擦納米發電機可以同時實現兩種工作模式，這兩種工作模式包括：該摩擦納米發電機位于與外界物體500直接接觸的物體內部，將外界的振動能轉化成電能；以及該摩擦納米發電機位于與外界物體500直接接觸的物體內部，將外界物體的機械能轉化成電能。

在本公開的一些實施例中，機械能通過包括接觸摩擦和滑動摩擦的方式轉化為電能。

在本公開的一些實施例中，與外界物體500直接接觸的物體包括：地板、球體、桌子、墊子、地毯、顯示屏或微型電子設備。

在本公開的一些實施例中，第一電極板111和第二電極板121位于外殼200的內壁相對的兩個面上；和/或第一電極板111和第二電極板121的面積相同。