[發明專利]一種多層電極疊加的微型摩擦納米發電機

有效

• 申請號: 201710777289.1
• 申請日: 2017-09-01
• 公開（公告）號: CN107482950B
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發明（設計）人: 陳民芳;王淇;翟永梅
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04
• 代理公司: 天津耀達律師事務所 12223
• 代理人: 侯力

一種多層電極疊加的微型摩擦納米發電機(TENG)，由上摩擦極板、下摩擦極板及其各自背負的多層電極組成。上摩擦極板以表面粗糙的硅膠片作為得電子摩擦材料，下摩擦極板以表面蝕刻的聚左旋乳酸(PLLA)/氧化鎂(MgO)晶須復合薄膜作為失電子摩擦材料。本發明的優點是：在一定的尺寸(4cm×4cm)范圍內，利用電場的邊緣效應，通過增加電極的數量，由層層電極疊加方式有效增強TENG的輸出電流,且制備方法簡單，易于滿足微型化的要求。

技術領域：

本發明屬于納米發電機領域，涉及將機械能轉變成電能的微型發電模式，特別是一種利用電場的邊緣效應，通過增加電極的數量來提高其輸出性能的微型摩擦納米發電機(TENG)。

背景技術：

摩擦起電是一種生活中很常見的現象，古希臘人和古代中國人發現摩擦后的琥珀能夠吸引小而輕的物體。由于這種電能產生的隨機性和存儲問題，使之一直被視為無用的能源而未能得以發展，并且由于其存在的負面影響，人們一直在尋找和改進怎樣去避免和消除它的方法。近年來，隨著材料制備技術的進步，收集和存儲環境中“無用”的能量，使之成為小型電子設備的能源已經成為可能。隨著2006年美國佐治亞理工學院王中林教授發明的納米發電機的問世，它完全顛覆了人們對傳統電磁發電模式的認識，利用壓電效應、熱電效應、熱釋電效應、光電效應、摩擦起電效應等產生電能，從而實現了環境中的各種能量向電能的高效轉化。這一具有劃時代和顛覆性意義的能源技術與傳統的發電模式相比，具有完全不同的發電原理和工作模式，成為具有互補特色的綠色能源。其中，TENG更以其結構簡單，易于大規模工業化生產而顯示了廣闊的應用前景。

一直以來，研究者們普遍認為影響TENG輸出性能的關鍵因素是摩擦材料的種類及其表面狀態。近年來，包括申請人在內的一些課題組探索不同的對摩材料，嘗試通過摩擦材料的表面圖案化、納米化和化學改性，或者通過增加摩擦極板的數目來提高TENG的輸出功率。

在表面圖案化方面，研究者設計一些微納米尺寸椎體、圓柱體圖案的表面結構來增加摩擦極板相互接觸的摩擦面積，使其增加了摩擦電荷數量，從而提高了其輸出性能。在化學改性方面，對于不同的低聚合物進行表面化學改性，包括表面氟化處理，離子注入，順序滲透合成和分子靶向功能化等，這些都通過提高摩擦聚合物的表面電荷密度來提高TENG的輸出性能。而機械地增加摩擦極板的數量就相當于增加了相對摩擦面積，因而其產生的電荷量也會增加。并且，隨著摩擦極板數的增多，其輸出性能也會持續增強。然而，進行表面納米化或者化學改性等的技術后采取的增加摩擦極板的數目或者增大摩擦面積的方法，雖然增大TENG輸出功率的效果明顯，但制作工藝過程比較繁雜、工作量大，而且要達到一定的電流電壓可能需要比較大的摩擦面積。

本著TENG微型化的思想，為了在摩擦面積不變的前提下有效提高TENG的功率，我們進行了大量的研究。

發明內容：

本發明的目的是解決目前通過增加摩擦面積來提高其輸出電流時裝置體積比較大的問題，利用電場的邊緣效應，提出一種新的多層電極疊加的微型摩擦納米發電機，通過增加電極的數目來增強微型TENG輸出性能的方法，該結構的TENG，不僅所需材料少，制作簡單，更微型化，而且對TENG輸出功率的改善十分有效。

本發明的技術方案：