[發明專利]一種接觸分離-滑動摩擦雙模式摩擦納米發電機

有效

• 申請號: 201810433502.1
• 申請日: 2018-05-08
• 公開（公告）號: CN108599612B
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 郭建生;張志;朱婧婧;白志青;陳熒;李妮
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04
• 代理公司: 31233 上海泰能知識產權代理事務所
• 代理人: 黃志達;魏峯

本發明涉及一種接觸分離?滑動摩擦雙模式摩擦納米發電機，包括：外部支撐材料(1)、鉸鏈(2)、固定鉸鏈材料(3)、電極材料(4)、摩擦材料A(5)、摩擦材料B(6)；其中，鉸鏈(2)連接外部支撐材料(1)；固定鉸鏈材料(3)固定鉸鏈(2)于上下外部支撐材料(1)之間；摩擦材料A(5)和摩擦材料B(6)背面分別粘附電極材料(4)并分別固定于外部支撐材料(1)的上下內表面。該發電機融合了垂直接觸分離式和水平滑動摩擦兩種工作模式，從而對多方向的機械能進行有效利用，更好地收集機械能，進一步提高摩擦納米發電機的工作效率。

技術領域

本發明屬于摩擦納米發電機技術領域，特別涉及一種接觸分離-滑動摩擦雙模式摩擦納米發電機。

背景技術

摩擦納米發電機于2012年被首次提出，其主要目的是收集小尺度的機械能并轉換成電能。現有的摩擦納米發電機主要有以下四種基本工作模式，如圖1所示：(a)垂直接觸-分離模式；(b)水平滑動式；(c)單電極式；(d)獨立摩擦層式。其中，垂直接觸-分離式和水平滑動摩擦式是兩種最常用的工作模式。

目前，通過研究改進，摩擦納米發電機的發電效率正在不斷提高，但是仍有進一步提高的空間。另一方面，摩擦納米發電機作為收集日常生活中微小機械能的器件，并不能夠完全按照垂直接觸-分離式或水平滑動摩擦式的工作模式進行工作。單獨的一種工作模式嚴重限制了摩擦層的受力方向，大大制約了摩擦納米發電機在多方向上的能量收集，從而降低了摩擦納米發電機的工作效率。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種接觸分離-滑動摩擦雙模式摩擦納米發電機，該模式納米發電機將垂直接觸分離式和水平滑動摩擦兩種工作模式綜合融合在一起，從而對多方向的機械能進行有效利用，更好地收集機械能，進一步提高摩擦納米發電機的工作效率。

本發明的一種接觸分離-滑動摩擦雙模式摩擦納米發電機，包括：外部支撐材料、鉸鏈、固定鉸鏈材料、電極材料、摩擦材料A、摩擦材料B；其中，鉸鏈連接外部支撐材料；固定鉸鏈材料固定鉸鏈于上下外部支撐材料之間；摩擦材料A和摩擦材料B背面分別粘附電極材料并分別固定于外部支撐材料的上下內表面。

所述外部支撐材料為絕緣材料，選自聚四氟乙烯PTFE板材、聚酯PET板材或聚氯乙烯PVC板材，但不局限于此。

所述鉸鏈的長度l為1～5cm，初始安裝角度θ為30～60°

所述固定鉸鏈材料為鉚釘，但不局限于此。

所述電極材料為金屬電極材料，選自銅、銀或鋁，但不局限于此。

所述摩擦材料A為捕獲電子較差的材料，選自尼龍織物或涂覆水性聚氨酯PU的滌綸織物，但不局限于此。

所述摩擦材料B為捕獲電子較強的材料，選自熱塑性彈性體TPE薄膜、聚四氟乙烯PTFE薄膜或涂覆聚二甲基硅氧烷PDMS的滌綸織物，但不局限于此。

所述摩擦材料A和摩擦材料B的分離距離為0.5～2cm。

本發明的目的在于克服現有技術中摩擦納米發電機單一工作模式的約束，綜合利用垂直接觸分離式和水平滑動摩擦式的工作原理，提出一種雙模式的摩擦納米發電機的結構。該結構能夠綜合融合垂直接觸分離式和水平滑動摩擦式二種模式和優點，并進一步提高摩擦納米發電機的工作效率。

本發明選擇具有良好支撐性的材料作為上下層支撐材料。為了實現“垂直接觸-分離”和“水平滑動摩擦”雙工作模式，選用鉸鏈對上下層支撐材料進行連接，從而實現上下層摩擦材料在接觸時，不僅存在一個垂直方向的力實現垂直接觸-分離的工作模式，而且存在一個水平方向的力實現水平滑動摩擦的工作模式，其合力方向與水平方向或垂直方向存在一定的夾角。通過調節鉸鏈的長度及相鄰鉸鏈之間的距離，可以改變合力的方向，即改變了水平方向和垂直方向的力的大小。通過這種結構設計就能夠實現對各個方向外力的收集和利用，從而提高納米發電機的工作效率。