[發明專利]一種聯動式摩擦納米發電器件及其應用

有效

• 申請號: 201910699284.0
• 申請日: 2019-07-30
• 公開（公告）號: CN110289783B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 謝燕楠;林鴻賓;徐慶昊
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04;F03G5/00;H02J7/32
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種聯動式摩擦納米發電器件及其應用，包括相對設置的上導電部、下導電部，還包括與下導電部柔性連接的蹺蹺板結構，上導電部、下導電部均具有摩擦面；在外力作用下，上導電部向下運動，所述蹺蹺板結構帶動下導電部上升，摩擦面接觸分離以產生電信號，并通過上導電部和下導電部向外輸出電信號。本發明能在不改變材料以及材料的摩擦層的面積的情況下，與普通摩擦納米發電機相比，可以提高電流信號，能夠大幅度提高輸出功率，減小輸入的機械能；本發明可以應用于對人體運動過程中產生的振動能的高效吸收，實現較高性能的輸出。

技術領域

本發明涉及一種納米發電機及其應用，特別是涉及一種聯動式摩擦納米發電器件及其應用。

背景技術

隨著人工智能和計算機技術的不斷發展，大量新型具有多種功能和高度集成化的微型電子器件被不斷地開發出來，在人們的日常生活以及科學研究等各個領域中扮演著越來越重要的角色，同時也體現了前所未有的應用前景。但是隨著各種電子設備的不斷發展，給其供電的電源系統卻始終保持著一個較低的技術水平，現在給微型電子器件供電的最普遍的方式主要是直接或間接來源于電池。電池不僅體積較大、質量較重，而且電池里面的化學物質對人體和環境存在一定的危害。

振動能是一種豐富、近乎無盡且廣泛分布的清潔能源，從古至今一直廣受人們的重視。通過高效地利用振動能轉換為電能儲存在儲能設備中來解決目前在全世界范圍內的能源緊缺問題，這已經是成為了全世界人類的一個共識。

發明內容

發明目的：本發明的一個目的是提供一種能夠將振動能、運動能轉化為電能儲存起來并方便攜帶使用的聯動式摩擦納米發電器件；本發明的另一個目的是提供所述聯動式摩擦納米發電器件的在人體可穿戴設備中的應用。

技術方案：本發明提供的聯動式摩擦納米發電器件，包括相對設置的上導電部、下導電部；所述發電器件還包括與下導電部柔性連接的蹺蹺板結構，所述上導電部、下導電部均具有摩擦面；在外力作用下，上導電部向下運動，所述蹺蹺板結構帶動下導電部上升，摩擦面接觸分離以產生電信號，并通過上導電部和下導電部向外輸出電信號。其中，上導電部包括至少兩個導電元件，導電元件的材料表面吸引電子能力不同。

進一步地，所述上導電部包括第一導電元件、與第一導電元件相連的第二導電元件，下導電部包括第三導電元件；所述第一導電元件的下表面為第一摩擦面，第二導電元件的上表面、下表面分別為第二摩擦面、第三摩擦面，第三導電元件的上表面為第四摩擦面。其中，第一導電元件和第二導電元件可以使用絕緣雙面膠粘接，如Kapton絕緣不導電雙面膠。

優選地，所述第一摩擦面的材料和第二摩擦面的材料具有摩擦電極序差異，所述第三摩擦面的材料和第四摩擦面的材料具有摩擦電極序差異。

進一步地，所述蹺蹺板結構包括固定設置的轉軸、與轉軸鉸接的蹺蹺板，蹺蹺板蹺蹺板的一端與下導電部柔性連接。

優選地，所述蹺蹺板結構相對于下導電部對稱設置。對稱設置可以使得下導電部平穩升降。

進一步地，所述發電器件還包括基座，上導電部包括固定導電元件的上基板，基座上設支撐上基板的支撐部。所述支撐部為彈性部件。彈性部件的設置配合了上基板，在外力作用下，上基板上下運動，彈性部件進而伸縮；當撤去外力后，彈性部件恢復至原來的位置。彈性部件可以是彈簧，也可以是其他彈性的零部件。

進一步地，所述下導電部的摩擦面上設有銀納米顆粒。銀納米顆粒以蒸鍍形式被設置在摩擦面上，銀納米顆粒所能夠起到的作用是提高輸出性能，進而提高發電器件的靈敏度。其中，銀納米球的制備為現有技術，可以采用簡單的乙二醇濕法化學還原法，該方法操作簡繁、制備得到的銀納米球尺寸分布較為均勻。具體方法為：1gPVP溶解在20ml乙二醇中。60℃攪拌。待等到PVP充分溶解后，加入80mg硝酸銀，60℃攪拌至硝酸銀全部溶解。此后，120℃恒溫攪拌1h，溶液由無色變為橘黃色。反應結束冷卻至室溫后，將反應液和乙醇、丙酮1∶4混合，在8000rmp下離心15min。如此反復3至4次，所得沉淀分散在無水乙醇中待用。