一种单电极一体式摩擦发电机制造技术

技术编号:14368515 阅读:95 留言:0更新日期:2017-01-09 14:13
本实用新型专利技术提供一种单电极一体式摩擦发电机,属于发电机技术领域。该系统包括摩擦层元件和电极层元件,电极层元件与摩擦层元件复合为一体位于同一平面,构成单电极一体式摩擦发电机。在外力作用下,生活中的绝缘与非绝缘物体表面充当第二摩擦层,与该摩擦发电机的摩擦层接触和分离,引起电极层与大地之间电极电势的差异,电极层能够向外电路输出电信号。本实用新型专利技术提供的摩擦发电机结构简单,制备容易,应用范围广泛。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及发电机
,特别是指一种单电极一体式摩擦发电机
技术介绍
现代社会中,机械能无处不见,但是很多看似微弱其实总量巨大的机械能却大都被忽略并没有被加以利用,如机动车碾压地面的能量、人走路踩踏地面的能量。目前,美国佐治亚理工学院教授王中林等已经利用摩擦起电和静电感应原理成功制备了摩擦发电机,该摩擦发电机能够将机械能转变为电能,特别是在对人体活动等低频能量的收集转化方面有着其独特的优势。但是,上述的摩擦发电机中,大都是上电极和下电极分别处于不同的平面上,结构复杂,且须使用很多摩擦材料和电极材料,费用较高。
技术实现思路
本技术针对现有摩擦发电机结构复杂等问题是提供一种单电极一体式摩擦发电机,该发电机为单电极结构,包括摩擦层元件和电极层元件,摩擦层元件和电极层元件复合为一体,且位于同一个平面,电极层元件组成单个电极层,单个电极层向外电路输出电信号。其中,摩擦层元件在外力作用下与第二摩擦面接触或分离,外力作用指的是拍打、踩踏、抚摸、振动、揉搓等多种能量驱动形式。电极层元件和摩擦层元件通过溅射、电沉积或者粘合等方式组合成位于一个平面的一体式摩擦发电机。摩擦层元件由高分子绝缘材料制成,且摩擦层元件表面经过改性。电极层元件由导体材料、半导体材料或其他导电材料中的一种制成。第二摩擦面为绝缘材料或非绝缘材料,如生活中人的鞋底、衣服、人体等。摩擦层元件和电极层元件为薄膜或薄片,摩擦层元件和电极层元件为柔性材料或硬质材料。摩擦层元件由高分子绝缘材料制成,高分子绝缘材料选自聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、偏氯乙烯丙烯腈共聚薄膜、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚氯丁二烯、聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚碳酸酯、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、酚醛树脂、氯丁橡胶、纤维素薄膜、天然橡胶、乙基纤维素、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、人造纤维、聚乙醇缩丁醛、纤维(再生)海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、聚乙烯丙二酚碳酸盐、人造纤维薄膜、聚苯乙烯,聚甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚异丁烯薄膜、聚氨酯柔性海绵薄膜、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、液晶高分子聚合物、派瑞林、木头等。电极层元件由导体材料、半导体材料或其他导电材料中的一种制成,导体材料、半导体材料或者其他导电材料可以选自金属或合金,其中金属可以是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨或钒;合金可以是铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金。除金属或合金外,其他导电材料可以选自铟锡氧化物、石墨烯及其衍生物、离子掺杂的半导体、其他导电薄膜材料等。摩擦层元件和电极层元件可以为多种尺寸和形状,摩擦层元件和电极层元件可以为不同的颜色和不同的透明度。摩擦层元件的表面经过改性,改性手段分为物理改性和化学改性。物理改性常见的方法有化学刻蚀、光刻蚀、等离子刻蚀等增大摩擦层的比表面积;化学改性为通过引入其他纳米材料或者不同极性的基团对摩擦层或者电极层的表面进行化学修饰。该摩擦发电机的发电原理基于金属材料与高分子材料之间接触摩擦引发的电荷分离,电荷经电极层转移引起电极与大地间的电势不同,从而产生电流。本技术的上述技术方案的有益效果如下:该发电机将两电极集中在同一平面上,减少材料消耗,采用单电极一体式结构,即将电极层元件和摩擦层元件集中在同一个平面上,引出一个电极输出端,结构简单、使用材料较少,所以价格低廉。不需要专门提供第二摩擦面,触发模式可以使绝缘或者非绝缘材料,生活中人本身以及人的鞋底、衣服、轮胎、地毯、海绵等都可以充当第二摩擦面。所用材料为柔性材料,可以根据具体环境改变形状,因此对环境要求较小,且占地面积小。总之,该发电机优点如下:1、一体式结构简单,单电极输出端。本技术包括两部分构成元件:摩擦层元件和电极层元件。其中电极层元件通过电沉积或溅射等方式与摩擦层元件复合为一体,构造成单电极一体式摩擦发电机,该摩擦发电机结构简单,制备容易。夹住电极层的一边就可发电,突破了传统发电机必须夹住发电机电极两端才能构成通路的限制。2、不需刻意提供第二摩擦层,且能量驱动形式多样化。生活中的衣服、手套、鞋底等甚至是人体本身均可以充当第二摩擦面与本技术的一体式摩擦发电机作用。并且该摩擦发电机适用于多种能量驱动形式,即各种形式的机械能均可以被收集用来发电,如在对该摩擦发电机进行抖动、拍打、踩踏、抚摸、振动、揉搓等能量驱动形式下,该发电机都会显示有电流输出,拓宽了摩擦发电机的应用范围。3、触发模式绝缘非绝缘均可,设计灵活,应用广泛。本技术的单电极一体式摩擦发电机结构简单,触发模式绝缘非绝缘均可,并且对选用材料的硬度无要求,这些优点为本技术中所提供的一体式摩擦发电机带来更大的发展前景,如用在发光地毯,发光衣服,发光饰品,发光玩具等等,具有广阔的市场应用空间。附图说明图1为本技术的单电极一体式摩擦发电机结构示意图;图2为本技术的单电极一体式摩擦发电机发电原理示意图一;图3为本技术的单电极一体式摩擦发电机发电原理示意图二;图4为本技术的单电极一体式摩擦发电机发电原理示意图三;图5为本技术的单电极一体式摩擦发电机发电原理示意图四;图6为本技术的单电极一体式摩擦发电机的另一种结构示意图;图7为实施例2中一体式摩擦发电机输出的电流谱图。其中:10-摩擦层元件;20-电极层元件;11-第二摩擦面。具体实施方式为使本技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本技术针对现有的摩擦发电机机构复杂等问题,提供一种单电极一体式摩擦发电机,该发电机能够将拍打、踩踏、抖动、风力、潮汐等自然存在的机械能转化为电能,该摩擦发电机将电极层元件和摩擦层元件集中在一个平面上,形成了一种单电极输出端的摩擦发电机,如图1和图6所示,该发电机包括摩擦层元件10和电极层元件20,摩擦层元件10和电极层元件20复合为一体,且位于同一个平面,电极层元件20组成单个电极层,单个电极层向外电路输出电信号。电极层元件20和摩擦层元件10通过溅射、电沉积或者粘合方式组合成位于一个平面的一体式摩擦发电机。本技术的摩擦发电机为单电极输出端,即电极层元件20上引出一个电极便于传输导出电荷;生活中人的鞋底、衣服、轮胎、地毯、海绵等摩擦起电的材料都可以充当第二摩擦面11,在外力如拍打、振动、踩踏、抚摸等形式作用下,通过摩擦层元件10和电极层元件20向外电路传输出电信号。摩擦层元件10为高分子绝缘材料(例如,高分子聚合物绝缘层),主要为本技术一体式摩擦发电机提供一个摩擦表面,其材质可以选自聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、偏氯乙烯丙烯腈共聚薄膜、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚氯丁二烯、聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚碳酸酯、聚乙二醇丁二酸本文档来自技高网...
一种单电极一体式摩擦发电机

【技术保护点】
一种单电极一体式摩擦发电机,其特征在于:包括摩擦层元件(10)和电极层元件(20),摩擦层元件(10)和电极层元件(20)复合为一体,且位于同一个平面,电极层元件(20)组成单个电极层,单个电极层向外电路输出电信号。

【技术特征摘要】
1.一种单电极一体式摩擦发电机,其特征在于:包括摩擦层元件(10)和电极层元件(20),摩擦层元件(10)和电极层元件(20)复合为一体,且位于同一个平面,电极层元件(20)组成单个电极层,单个电极层向外电路输出电信号。2.根据权利要求1所述的单电极一体式摩擦发电机,其特征在于:所述摩擦层元件(10)在外力作用下与第二摩擦面(11)接触或分离。3.根据权利要求1所述的单电极一体式摩擦发电机,其特征在于:所述电极层元件(20)和摩擦层元件(10)通过溅射、电沉积或者粘合方式组合成位于一个平面的一体式摩擦发电机。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员:曹霞马金铭
申请(专利权)人:北京科技大学
类型:新型
国别省市:北京;11

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