基于miura-ori折叠并具有压电增强效应的摩擦发电机制造技术

本发明专利技术涉及一种基于miura‑ori折叠并具有压电增强效应的摩擦发电机；该摩擦发电机含有miura‑ori折叠的支撑基底层，支撑基底层被折叠线分成M×N个折叠区块，每个折叠区块的正、反两面上均设置有平板形的发电模块，发电模块分为两种：模块一和模块二，模块一和模块二在折叠区块矩阵的行和列上均间隔设置；模块一含有摩擦层和底部电极层；模块二含有顶部电极层和压电增强层；所有模块一中的底部电极层通过附着在支撑基底层表面的第一导电薄膜线路连接在一起形成一个电源输出端，所有模块二中的顶部电极层通过附着在支撑基底层表面的第二导电薄膜线路连接在一起形成另一个电源输出端；本发明专利技术体积小、输出能力强。

Friction generator based on Miura-ori folding and piezoelectric enhancement effect

The present invention relates to a friction generator based on Miura ori folding and piezoelectric enhancement effect. The friction generator contains a Miura ori folding supporting basement layer, which is divided into M*N folding blocks by folding lines. Flat-shaped generating modules are arranged on both sides of each folding block. The generating modules are divided into two types: module one and module two, and module one. Module 2 and module 2 are spaced on rows and columns of folded block matrix; Module 1 contains friction layer and bottom electrode layer; Module 2 contains top electrode layer and piezoelectric enhancement layer; The bottom electrode layer of all modules is connected together to form a power output through the first conductive film line attached to the surface of supporting base layer, and the top electrode layer of all modules 2 passes through. The second conductive film circuit attached to the surface of the supporting base layer is connected together to form another power supply output terminal; the invention has small volume and strong output capability.

【技术实现步骤摘要】
基于miura-ori折叠并具有压电增强效应的摩擦发电机（一）、
：本专利技术涉及一种摩擦发电机，特别涉及一种基于miura-ori折叠并具有压电增强效应的摩擦发电机。（二）、
技术介绍
：随着现代社会的迅猛发展，电子设备及系统不断朝着小型化、便携化、多功能化等方向演化，这将不可避免地导致单一电子设备中集成很多不同类型的传感器。如何给这些数量庞大的微型传感器供电便成了电子产业和信息技术发展中亟待解决的问题。摩擦发电机作为一项全新的能量收集技术，能够将极其微小的机械能转化为电能，在电子产品、环境监测以及医疗设备制造等领域具有巨大的应用潜力。表面电荷密度是表征摩擦发电机的一个重要技术指标。目前，提高摩擦纳米表面电荷密度的方式主要有：（１）摩擦材料表面粗糙化，以增大有效摩擦面积，以提高整体感应电荷量，如在摩擦材料表面制备各种纳米结构（如：纳米线、纳米颗粒及其它形貌结构）；（2）对摩擦材料进行改性研究，如在高分子基体中潜入孔洞结构、纳米颗粒，从而改善材料表面的起电性能。然而，摩擦材料经过长时间的摩擦后，表面的形貌结构就会被磨平而失效,并且对摩擦材料改性研究的工艺与理论尚不成熟，存在器件输出不稳定，一致性差等问题。（三）、
技术实现思路
：本专利技术要解决的技术问题是：提供一种基于miura-ori折叠并具有压电增强效应的摩擦发电机，该摩擦发电机体积小、输出能力强。本专利技术的技术方案：一种基于miura-ori折叠并具有压电增强效应的摩擦发电机，含有miura-ori折叠的支撑基底层，支撑基底层被折叠线分成M×N个折叠区块，M×N个折叠区块形成一个M行N列的折叠区块矩阵，M和N均为大于等于2的自然数，每个折叠区块的正、反两面上均设置有平板形的发电模块，发电模块分为两种：模块一和模块二；在支撑基底层的正面，模块一和模块二在折叠区块矩阵的行和列上均间隔设置；在支撑基底层的反面，模块一和模块二在折叠区块矩阵的行和列上也均间隔设置；模块一含有两层结构：摩擦层和底部电极层，底部电极层粘贴在支撑基底层的表面，摩擦层再粘贴在底部电极层的表面；模块二也含有两层结构：顶部电极层和压电增强层，压电增强层粘贴在支撑基底层的表面，顶部电极层再粘贴在压电增强层的表面；所有模块一中的底部电极层通过附着在支撑基底层表面的第一导电薄膜线路连接在一起形成摩擦发电机的一个电源输出端，所有模块二中的顶部电极层通过附着在支撑基底层表面的第二导电薄膜线路连接在一起形成摩擦发电机的另一个电源输出端；支撑基底层为绝缘体，顶部电极层、底部电极层、第一导电薄膜线路和第二导电薄膜线路均为易于失电子的导电体，摩擦层为易于得电子的绝缘体，压电增强层为铁电体，压电增强层的正极一面与支撑基底层的表面连接。每个折叠区块的正、反面上的发电模块为同一种发电模块。或者，每个折叠区块的正、反面上的发电模块不为同一种发电模块。折叠区块为平行四边形，平行四边形的一个内角α的取值范围为：60o～85o。发电模块的表面是与折叠区块大小、形状匹配的平行四边形。支撑基底层的材质为纸或PET材料；顶部电极层、底部电极层、第一导电薄膜线路和第二导电薄膜线路的材质为铜箔；摩擦层的材质为PTFE薄膜（铁氟龙胶带）；压电增强层的材质为柔性PVDF薄膜。柔性PVDF薄膜的厚度为28um～110um。各发电模块的大小、形状均相同。第一导电薄膜线路和第二导电薄膜线路粘贴在支撑基底层的表面。在支撑基底层的正、反两面均设有第一导电薄膜线路和第二导电薄膜线路。该摩擦发电机的工作原理为：一个模块一与相邻的一个模块二共同构成一个摩擦单元，当支撑基底层折叠起来时，模块一和模块二会受到垂直方向的作用力，模块一上的摩擦层与模块二上的顶部电极层会按照一定角度接触，使摩擦层带上积累负电荷，顶部电极层带上积累正电荷；当支撑基底层打开时，垂直方向的作用力撤销，摩擦层与顶部电极层分离，底部电极层与顶部电极层之间形成电势差，电子会从底部电极层（一个电源输出端）流向顶部电极层（另一个电源输出端），形成电流；当支撑基底层又折叠起来时，模块一和模块二又会受到垂直方向的作用力，摩擦电荷形成的电势差消失，电子会发生回流。实际使用该摩擦发电机时，不断折叠、打开支撑基底层，在支撑基底层不断折叠、打开的过程中，支撑基底层上的摩擦单元不断接触、分离，从而不断产生电能。模块二上的压电增强层是具有铁电效应的柔性PVDF薄膜，柔性PVDF薄膜极化后，内部偶极子形成垂直规则排列，当柔性PVDF薄膜受压产生变形时，其正极一面会产生诱导压电正电荷，从而驱动顶部电极层与摩擦层的摩擦效应，增大了摩擦发电机的输出性能。本专利技术的有益效果：本专利技术采用miura-ori折叠方法对支撑基底层进行折叠，不仅有效减小了摩擦发电机的整体尺寸，还实现了各摩擦单元的同时接触和分离，进而增大了摩擦发电机的输出功率密度；并且，模块二上的压电增强层具有铁电效应，可增强摩擦单元的表面电荷密度，从而增强了摩擦发电机的输出性能；本专利技术体积小、输出能力强，可广泛应用于机械振动能量收集、自供电折叠电子设备、自供电无线传感系统、智能建筑等领域。（四）、附图说明：图1为基于miura-ori折叠并具有压电增强效应的摩擦发电机的结构示意图（此时的支撑基底层完全展开）；图2为图1中的A-A剖视放大结构示意图；图3为支撑基底层未完全展开时的结构示意图；图4为支撑基底层折叠起来时的结构示意图；图5为一个摩擦单元的结构示意图；图6为图5中的摩擦单元的工作原理示意图；图7为压电增强层增强摩擦效应的实验效果图。（五）、具体实施方式：如图1～图2所示，基于miura-ori折叠并具有压电增强效应的摩擦发电机含有miura-ori折叠的支撑基底层3，支撑基底层3被折叠线12分成4×3个折叠区块，4×3个折叠区块形成一个4行3列的折叠区块矩阵，每个折叠区块的正、反两面上均设置有平板形的发电模块，发电模块分为两种：模块一1和模块二2；在支撑基底层3的正面，模块一1和模块二2在折叠区块矩阵的行和列上均间隔设置；在支撑基底层3的反面，模块一1和模块二2在折叠区块矩阵的行和列上也均间隔设置；模块一1含有两层结构：摩擦层8和底部电极层9，底部电极层9粘贴在支撑基底层3的表面，摩擦层8再粘贴在底部电极层9的表面；模块二2也含有两层结构：顶部电极层10和压电增强层11，压电增强层11粘贴在支撑基底层3的表面，顶部电极层10再粘贴在压电增强层11的表面；所有模块一1中的底部电极层9通过附着在支撑基底层3表面的第一导电薄膜线路6连接在一起形成摩擦发电机的一个电源输出端4，所有模块二2中的顶部电极层10通过附着在支撑基底层3表面的第二导电薄膜线路7连接在一起形成摩擦发电机的另一个电源输出端5；支撑基底层3为绝缘体，顶部电极层10、底部电极层9、第一导电薄膜线路6和第二导电薄膜线路7均为易于失电子的导电体，摩擦层8为易于得电子的绝缘体，压电增强层11为铁电体，压电增强层11的正极一面与支撑基底层3的表面连接。每个折叠区块的正、反面上的发电模块为同一种发电模块。折叠区块为平行四边形，平行四边形的一个内角α为85o。发电模块的表面是与折叠区块大小、形状匹配的平行四边形。支撑基底层3的材质为纸；顶部电极层10、底部电极层9、第一导电薄膜线路6和第二导电薄本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于miura‑ori折叠并具有压电增强效应的摩擦发电机，其特征是：含有miura‑ori折叠的支撑基底层，支撑基底层被折叠线分成M×N个折叠区块，M×N个折叠区块形成一个M行N列的折叠区块矩阵，M和N均为大于等于2的自然数，每个折叠区块的正、反两面上均设置有平板形的发电模块，发电模块分为两种：模块一和模块二；在支撑基底层的正面，模块一和模块二在折叠区块矩阵的行和列上均间隔设置；在支撑基底层的反面，模块一和模块二在折叠区块矩阵的行和列上也均间隔设置；模块一含有两层结构：摩擦层和底部电极层，底部电极层粘贴在支撑基底层的表面，摩擦层再粘贴在底部电极层的表面；模块二也含有两层结构：顶部电极层和压电增强层，压电增强层粘贴在支撑基底层的表面，顶部电极层再粘贴在压电增强层的表面；所有模块一中的底部电极层通过附着在支撑基底层表面的第一导电薄膜线路连接在一起形成摩擦发电机的一个电源输出端，所有模块二中的顶部电极层通过附着在支撑基底层表面的第二导电薄膜线路连接在一起形成摩擦发电机的另一个电源输出端；支撑基底层为绝缘体，顶部电极层、底部电极层、第一导电薄膜线路和第二导电薄膜线路均为易于失电子的导电体，摩擦层为易于得电子的绝缘体，压电增强层为铁电体，压电增强层的正极一面与支撑基底层的表面连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于miura-ori折叠并具有压电增强效应的摩擦发电机，其特征是：含有miura-ori折叠的支撑基底层，支撑基底层被折叠线分成M×N个折叠区块，M×N个折叠区块形成一个M行N列的折叠区块矩阵，M和N均为大于等于2的自然数，每个折叠区块的正、反两面上均设置有平板形的发电模块，发电模块分为两种：模块一和模块二；在支撑基底层的正面，模块一和模块二在折叠区块矩阵的行和列上均间隔设置；在支撑基底层的反面，模块一和模块二在折叠区块矩阵的行和列上也均间隔设置；模块一含有两层结构：摩擦层和底部电极层，底部电极层粘贴在支撑基底层的表面，摩擦层再粘贴在底部电极层的表面；模块二也含有两层结构：顶部电极层和压电增强层，压电增强层粘贴在支撑基底层的表面，顶部电极层再粘贴在压电增强层的表面；所有模块一中的底部电极层通过附着在支撑基底层表面的第一导电薄膜线路连接在一起形成摩擦发电机的一个电源输出端，所有模块二中的顶部电极层通过附着在支撑基底层表面的第二导电薄膜线路连接在一起形成摩擦发电机的另一个电源输出端；支撑基底层为绝缘体，顶部电极层、底部电极层、第一导电薄膜线路和第二导电薄膜线路均为易于失电子的导电体，摩擦层为易于得电子的绝缘体，压电增强层为铁电体，压电增强层的正极一面与支撑基底层的表面连接。2.根据权利要求1所述的基于miura-ori折叠并具有压电增强效应的摩擦发电机，其特征是：所述每个折叠...

【专利技术属性】
技术研发人员：牟笑静，高玲肖，陈鑫，齐梦珂，陈俊霏，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50