[發明專利]一種柔性連通型全封閉摩擦納米發電機陣列

在審

• 申請號: 202110294213.X
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN112994510A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 俞昊;呂莎莎;黃濤;張欣;朱美芳
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04;B82Y15/00;B82Y40/00
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所(普通合伙) 31233
• 代理人: 魏峯;黃志達

本發明涉及一種柔性連通型全封閉摩擦納米發電機陣列。該陣列包括柔性封閉殼體、第一摩擦層、第二摩擦層和背部電極。該陣列操作簡單，材料常規易得，無毒無害；作為防水封閉結構，可不受外界環境條件所影響，且對外界機械刺激具有較好的靈敏度。

技術領域

本發明屬于摩擦納米發電技術領域，特別涉及一種柔性連通型全封閉摩擦納米發電機陣列。

背景技術

摩擦起電效應是日常生活中不可避免會經歷的現象，利用摩擦起電和電荷耦合作用，2012年，王中林教授發明了摩擦納米發電機(TENG)，可將機械能如自然界中的能量及人體運動產生的能量轉化為電能，為新能源的收集提供了新思路。

但TENG的摩擦材料絕大部分為高分子膜，在高濕度、下雨、下雪或薄霧等環境條件下，摩擦材料易被破壞或者在表面形成一層水層，會導致表面電荷密度快速消散，并導致TENG的電輸出降低。因此制作封閉型TENG可有效對抗外界條件，從而使電性能輸出不受影響。由于很多封閉結構由硬質的亞克力材質制成，笨重且有效接觸面積小，而其他一些柔性封閉結構在受到外力時，內部空氣產生的壓強導致摩擦材料不能有效充分接觸，降低了其靈敏度。

文獻(Jiang T,Yao Y,Xu L,Zhang L,Xiao T,Wang ZL.Spring-assistedtriboelectric nanogenerator for efficiently harvesting water wave energy.NanoEnergy.2017；31:560-7)中使用硬質亞克力板為基底制作笨重的收集水波能的裝置。文獻(Zhang Z,Bai Z,Chen Y,Guo J.Versatile triboelectric nanogenerator with ahermetic structure by air supporting for multiple energy collection.NanoEnergy.2019；58:759-67.)中使用乳膠氣球為外殼，柔性好，但在受到外力時，易使兩摩擦材料不易充分接觸。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種柔性連通型全封閉摩擦納米發電機陣列，以克服現有技術中柔性封閉型摩擦納米發電機靈敏度不佳的缺陷。

本發明提供一種柔性連通型全封閉摩擦納米發電機陣列，所述陣列包括柔性封閉殼體、第一摩擦層、第二摩擦層和背部電極，所述柔性封閉殼體是由n個相互連通的空腔單元構成，所述第一摩擦層在所述空腔單元頂部，所述第二摩擦層在所述空腔單元底部，所述電極位于所述第二摩擦層的下方，其中n≥2。

優選地，上述陣列中，所述空腔單元的形狀包括正方形，矩形，圓形或六邊形。

優選地，上述陣列中，所述空腔單元殼體的高度≥2mm。

優選地，上述陣列中，所述空腔單元材料為柔性的硅橡膠。

優選地，上述陣列中，所述第一摩擦層材料與第二摩擦層材料存在摩擦電極序差異。

更優選地，上述陣列中，所述第一摩擦層材料和第二摩擦層材料包括聚羥基丁酸-戊酯，聚偏氟乙烯，聚酰亞胺，聚酰胺，聚甲基丙烯酸甲酯，聚四氟乙烯，聚氨酯，聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚丙烯腈，纖維素，聚氯乙烯，聚乳酸，聚己內酯，聚碳酸脂，聚二甲基硅氧烷，硅橡膠中的一種。

本發明還提供一種柔性連通型全封閉摩擦納米發電機陣列的應用。比如用于濕度環境。

本發明采用柔性封裝材料，且將每個小TENG構筑氣體連通通道來平衡各個TENG內部氣壓，防水的同時，使摩擦材料在外力作用下更容易接觸，進而提升摩擦納米發電機的靈敏度。比如在刮風、下雨等惡劣環境及收集人走路、跑步、手指按壓等情況下，使機械能更容易轉換為電能。

有益效果

(1)本發明操作簡單，材料常規易得，低成本，無毒無害；