[發明專利]共形摩擦納米發電機單體、共形結構及獨立收集器

在審

• 申請號: 201910302693.2
• 申請日: 2019-04-15
• 公開（公告）號: CN111835224A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 張弛;姜冬冬;劉國旭;李文健
• 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

一種共形摩擦納米發電機單體、共形結構及獨立收集器，共形摩擦納米發電機單體，包括：載體層；兩個電極層，分別貼附于載體層的上、下表面，與其邊緣之間存在距離，使外圍部分的載體層暴露；兩個摩擦層，分別對應包裹于兩個電極層的外圍，覆蓋于暴露的載體層之上，形成一封閉的夾心結構；其中，兩個摩擦層位于不同的摩擦電序列。該單體結構的結構緊湊、性能可靠、便于直接進行共形復制，由共形摩擦納米發電機單體形成的共形結構，能夠基于接觸?分離式或單電極模式同時收集包括風能、振動能以及降落的雨滴能等多種形式機械能，由多個單體或者多個共形結構分布形成的獨立收集器可用于大規模、長期收集多種環境機械能，具有高可靠性和高穩定性。

技術領域

本公開屬于能源收集技術領域，涉及一種共形摩擦納米發電機單體、共形結構及獨立收集器，特別是一種能夠同時收集風能、振動能和降落雨滴能等多種形式的機械能的共形結構，組成該共形結構的共形摩擦納米發電機單體、以及大量共形結構組成的獨立收集器。

背景技術

隨著化石燃料燃燒引起的溫室氣體排放的增加，地球表面溫度的升高，這對生態系統，生物多樣性和人類生計產生了潛在的有害影響。因此，迫切需要尋找可持續和可再生能源。在周圍環境中存在各種形式的能源，其中機械能是最廣泛可用的能源之一。然而，環境機械能具有不規則振幅，低頻率，不穩定性和廣泛分布的特點，這限制了環境機械能的收集和應用。因此，新技術的發展對于收集環境機械能非常重要。

自2012年以來，基于麥克斯韋位移電流第二項，摩擦納米發電機(TENG)作為一種新興的技術，提供了一種可以有效地將環境機械能轉換為電能的方法。摩擦納米發電機有四種基本模式：垂直接觸分離模式，橫向滑動模式，單電極模式和獨立層模式。在過去的七年里，基于不同的模式，設計者發明了不同結構的摩擦納米發電機作為能量收集器用于收集機械能。

然而，目前的摩擦納米發電機結構或者基于TENG結構的能量收集系統的設計僅限于利用某一種機械能的形式實現能量的收集，不同形式的能源分別采用不同結構的摩擦納米發電機進行收集，并不能同時實現多種形式能源的收集。

另外，即使有的結構能夠同時實現兩種形式能量的共同收集，其結構復雜，進一步進行拓展或者形成大的系統則較難以現有結構進行直接復制或拓展，此外，拓展后的性能也并不能實現多個疊加的增強效果。因此，有必要提出一種能夠同時收集多種形式能量的可拓展型器件結構。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本公開提供了一種共形摩擦納米發電機單體、共形結構及獨立收集器，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，提供了一種共形摩擦納米發電機單體，包括：載體層10；第一電極層21和第二電極層22，分別貼附于該載體層10的上、下表面，與載體層10的邊緣之間存在距離，使外圍部分的載體層10暴露；第一摩擦層31和第二摩擦層32，分別對應包裹于第一電極層21和第二電極層22的外圍，覆蓋于所述暴露的載體層10之上，形成一封閉的夾心結構；其中，該第一摩擦層31與第二摩擦層32位于不同的摩擦電序列。

根據本公開的另一個方面，提供了一種共形結構，包含至少兩個共形摩擦納米發電機單體，相鄰兩個共形摩擦納米發電機單體之間存在一設定距離，該設定距離滿足相鄰兩個共形摩擦納米發電機單體之間的接觸和分離。

在本公開的一些實施例中，在風吹動作用下，至少兩個相鄰的共形摩擦納米發電機單體之間發生接觸-分離，將風能轉化為電能；或者，在外力作用下該共形結構產生振動，至少兩個相鄰的共形摩擦納米發電機單體之間發生接觸-分離，將振動能轉化為電能；或者，在降落的雨滴與該共形結構接觸作用下，被接觸到的共形摩擦納米發電機單體將降落的雨滴攜帶的能量轉化為電能。

在本公開的一些實施例中，載體層10的形狀為葉片形，包括如下形狀的一種或其組合形狀：橢圓形、月牙形、分叉形、桃形、扇形以及不規則形狀。