一种摩擦纳米发电机制造技术

本发明专利技术提供一种摩擦纳米发电机，包括壳体和置于壳体空腔中可自由运动的芯体，所述芯体自内向外依次包括：内芯、附着在所述内芯外表面的第一导电层以及与所述第一导电层的外表面接触设置的第一摩擦层，所述第一摩擦层的外表面面向所述空腔；所述壳体自外向内依次包括：外壳、附着在所述外壳内表面的第二导电层以及与所述第二导电层的内表面接触设置的第二摩擦层，所述第二摩擦层的内表面面向所述空腔。在外力作用下，芯体在所述空腔中运动，使所述第一摩擦层的外表面与第二摩擦层的内表面接触和分离，所述第一导电层和第二导电层能够向外电路输出电信号。本发明专利技术提供的摩擦纳米发电机是一种结构简单、应用范围广泛的装置。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种摩擦纳米发电机，包括壳体和置于壳体空腔中可自由运动的芯体，所述芯体自内向外依次包括：内芯、附着在所述内芯外表面的第一导电层以及与所述第一导电层的外表面接触设置的第一摩擦层，所述第一摩擦层的外表面面向所述空腔；所述壳体自外向内依次包括：外壳、附着在所述外壳内表面的第二导电层以及与所述第二导电层的内表面接触设置的第二摩擦层，所述第二摩擦层的内表面面向所述空腔。在外力作用下，芯体在所述空腔中运动，使所述第一摩擦层的外表面与第二摩擦层的内表面接触和分离，所述第一导电层和第二导电层能够向外电路输出电信号。本专利技术提供的摩擦纳米发电机是一种结构简单、应用范围广泛的装置。【专利说明】一种摩擦纳米发电机
本专利技术涉及能量转化领域，特别涉及一种摩擦纳米发电机，该摩擦纳米发电机能够将机械能转化为电能。
技术介绍
在微电子和材料技术高速发展的今日，大量具有多种功能和高度集成化的新型微型电子器件不断被开发出来，并在人们日常生活的各个领域展现出前所未有的应用前景。然而，和这些微型电子器件所匹配的电源系统的研究却相对滞后，一般说来，这些微型电子器件的电源都是直接或者间接来自于电池。电池不仅体积较大、质量较重，而且含有的有毒化学物质对环境和人体存在潜在的危害。因此，开发出能将运动、振动等自然存在的机械能转化为电能的技术具有极其重要的意义。目前已经开发出基于两种不同摩擦性质的材料之间的接触和分离来发电的摩擦电纳米发电机，可以将自然存在的机械能转化为电能。现有的摩擦电纳米发电机通常由两种不同摩擦性质的材料构成，两种不同摩擦性质的材料之间通过弹性的分离材料隔离，受到外力作用时，弹性的分离材料被压缩使两种不同摩擦性质的材料表面互相接触或摩擦而产生电荷转移，实现发电。但是，这种摩擦电纳米发电机中，两种不同摩擦性质的材料之间通过弹性的分离材料实现互相接触和分离，不能实现自动分离和接触，不仅发电机的结构复杂，而且接收外界机械能的范围也受到结构的限制。
技术实现思路
为了克服现有技术中的上述问题，本专利技术提供一种结构简单的摩擦纳米发电机，可以用来回收震动、冲击、风力或海潮等产生的机械能量，能够将施加在摩擦纳米发电机上的机械能转化为电能。为实现上述目的，本专利技术提供一种摩擦纳米发电机，包括壳体和芯体，其中，所述芯体置于所述壳体的空腔中，所述芯体自内向外依次包括:内芯，附着在所述内芯外表面的第一导电层，以及与所述第一导电层的外表面接触设置的第一摩擦层，所述第一摩擦层的外表面面向所述空腔；所述壳体自外向内依次包括:外壳，附着在所述外壳内表面的第二导电层，以及与所述第二导电层的内表面接触设置的第二摩擦层，所述第二摩擦层的内表面面向所述空腔；在外力作用下，芯体在所述空腔中运动，使所述第一摩擦层的外表面与第二摩擦层的内表面接触和分离，所述第一导电层和第二导电层向外电路输出电信号。优选的，所述第一摩擦层的外表面与第二摩擦层的内表面的材料存在摩擦电极序差异。优选的，所述外壳为封闭结构。优选的，所述第二摩擦层形成封闭结构。优选的，所述第一摩擦层形成封闭结构。优选的，所述第一摩擦层的外表面为球面、椭球面或不规则球面。优选的，所述第二摩擦层的内表面为球面、椭球面、不规则球面或柱面。优选的，所述第一摩擦层的外表面为封闭结构球面，第二摩擦层的内表面为封闭结构球面。优选的，所述第一摩擦层的外表面围成的结构为柱体。优选的，所述柱体选自圆柱体、椭圆柱体或棱柱体。优选的，所述第二摩擦层的内表面为球面、椭球面、不规则球面或柱面。优选的，所述第一摩擦层包括互相不连通的多个第一摩擦单元；和/或所述第二摩擦层包括互相不连通的多个第二摩擦单元。优选的，所述外壳为对称结构的球壳或柱壳，所述第二摩擦层包括多个第二摩擦单元，并且多个所述第二摩擦单元在外壳的内表面上均匀设置。优选的，所述第一摩擦层包括两个第一摩擦单元，所述第一导电层包括两个第一导电单元，所述内芯为柱体，在所述柱体的上下表面分别设置第一导电单元，在两个所述第一导电单元上分别接触设置第一摩擦单元；所述第二摩擦层包括两个第二摩擦单元，所述第二导电层包括两个第二导电单兀，所述外壳的内表面围成的结构为柱体，在所述外壳内表面的上下底面分别设置第二导电单元，在两个所述第二导电单元上分别接触设置第二摩擦单元；两个所述第一摩擦单元分别与两个所述第二摩擦单元面对面设置，在所述外力作用下，所述内芯在所述外壳中沿着外壳内表面围成柱体的轴线方向运动。优选的，面对面设置的所述第一摩擦单元与第二摩擦单元的的表面互相平行或图形互补。优选的，内芯外侧面的尺寸与外壳内表面的尺寸相匹配。优选的，所述内芯为圆柱体、椭圆柱体或棱柱体；所述外壳的内表面围成的结构为圆柱体、椭圆柱体、棱柱体结构。优选的，所述内芯的高度小于两个第二摩擦单元之间距离的10%。优选的，所述壳体中还包括若干个弹性部件，所述第二导电单元通过所述弹性部件设置在所述外壳的内表面。优选的，所述芯体与壳体之间包括多个弹性部件，其中，所述内芯的上表面与所述外壳内表面的上底面之间包括至少一个弹性部件；所述内芯下表面与外壳内表面的下底面之间包括至少一个弹性部件。优选的，所述第一摩擦层的外表面和/或第二摩擦层的内表面分布有微米或次微米量级的微结构，或者纳米材料的点缀或涂层。优选的，所述第一摩擦层的外表面材料和/或所述第二摩擦层的内表面材料为绝缘材料或半导体材料。优选的，所述绝缘材料选自苯胺甲醛树脂、聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、羊毛及其织物、蚕丝及其织物、纸、聚乙二醇丁二酸酯、纤维素、纤维素醋酸酯、聚乙二醇己二酸酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、再生纤维素海绵、棉及其织物、聚氨酯弹性体、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、木头、硬橡胶、醋酸酯、人造纤维、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯弹性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、丁二烯-丙烯腈共聚物、氯丁橡胶、天然橡胶、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-CO-丙烯腈)、聚双酚A碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚(2，6-二甲基聚亚苯基氧化物)、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚三氟氯乙烯和聚四氟乙烯；所述半导体材料选自硅、锗、第III和第V族化合物、第II和第VI族化合物、由II1- V族化合物和I1-VI族化合物组成的固溶体、非晶态的玻璃半导体和有机半导体。优选的，所述第一摩擦层的外表面和/或第二摩擦层的内表面经过化学改性，使得在极性为正的材料表面引入容易得到电子的官能团和/或在极性为负的材料表面引入容易失去电子的官能团。优选的，所述第一摩擦层的外表面和/或第二摩擦层的内表面经过化学改性，使得在极性为负的材料表面引入负电荷和/或在极性为正的材料表面引入正电荷。优选的，用导电材料替换绝缘材料或半导体材料制备所述第一摩擦层或第二摩擦层。优选的，构成所述第一摩擦层或第二摩擦层的所述导电材料选自金属、导电氧化物和导电高分子。优选的，所述第一摩擦层和/或第二摩擦层为薄膜或薄片。优选的，所述第一摩擦层和/或第二摩擦层为柔性材料。优选的，所述第一摩擦层和/或第二摩擦层为硬性材料。优选的，所述第一导电层和/或第二导电层为薄膜或薄片。优选的，所述外壳为柔性或硬性材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种摩擦纳米发电机，其特征在于，该摩擦纳米发电机包括壳体和芯体，其中，所述芯体置于所述壳体的空腔中，所述芯体自内向外依次包括：内芯、附着在所述内芯外表面的第一导电层以及与所述第一导电层的外表面接触设置的第一摩擦层，所述第一摩擦层的外表面面向所述空腔；所述壳体自外向内依次包括：外壳、附着在所述外壳内表面的第二导电层以及与所述第二导电层的内表面接触设置的第二摩擦层，所述第二摩擦层的内表面面向所述空腔；在外力作用下，所述芯体在所述空腔中运动，使所述第一摩擦层的外表面与所述第二摩擦层的内表面接触和分离，所述第一导电层和所述第二导电层向外电路输出电信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王中林，杨亚，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京;11