一种脉冲摩擦发电机和摩擦发电方法技术

本发明专利技术提供一种脉冲摩擦发电机和发电方法，发电机包括上表面接触设置第一电极层的第一摩擦层、下表面接触设置第二电极层的第二摩擦层以及接触式开关，第一摩擦层的下表面与第二摩擦层的上表面接触后分离开设定距离后，通过接触式开关闭合使第一电极层与第二电极层导通，在第一电极层与第二电极层之间输出脉冲电信号后接触式开关断开；然后，第一摩擦层的下表面与第二摩擦层的上表面再次接触时或接触后，通过接触式开关闭合使第一电极层与第二电极层再次导通，在第一电极层与第二电极层之间输出脉冲电信号后接触式开关再次断开，如此反复第一摩擦层的下表面与第二摩擦层的上表面离开和接触，将施加在发电机上的机械能转变为脉冲电信号输出。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种脉冲摩擦发电机和发电方法，发电机包括上表面接触设置第一电极层的第一摩擦层、下表面接触设置第二电极层的第二摩擦层以及接触式开关，第一摩擦层的下表面与第二摩擦层的上表面接触后分离开设定距离后，通过接触式开关闭合使第一电极层与第二电极层导通，在第一电极层与第二电极层之间输出脉冲电信号后接触式开关断开；然后，第一摩擦层的下表面与第二摩擦层的上表面再次接触时或接触后，通过接触式开关闭合使第一电极层与第二电极层再次导通，在第一电极层与第二电极层之间输出脉冲电信号后接触式开关再次断开，如此反复第一摩擦层的下表面与第二摩擦层的上表面离开和接触，将施加在发电机上的机械能转变为脉冲电信号输出。【专利说明】
本专利技术涉及一种发电机，特别是涉及将机械能转化为瞬时高功率脉冲的摩擦发电机以及发电方法。
技术介绍
机械能是广泛存在的能量形式，包括海浪、风能、各种运动物体的动能，以及人体活动如步行、跑动、跳动等形式。这些机械能虽然广泛存在，但是常常被忽视，没有有效的收集手段加以利用，通常被浪费。目前，机械能转化为电能的发电机所利用的原理主要有静电感应，电磁感应和特殊材料的压电性能等。然而，已经专利技术的静电感应发电机，存在体积大、适用性窄等缺点，电磁感应发电机和压电发电机则普遍存在结构复杂，对材料有特殊要求和成本较高等缺陷。摩擦发电机是最近专利技术的一种新型的将机械能转化为电能的方式。但是，摩擦发电机存在输出电流和输出功率小的缺点。
技术实现思路
本专利技术涉及一种利用摩擦发电机将机械能转化为瞬时大功率的电学脉冲的新方法，能够为电子器件提供大功率脉冲电源。为实现上述目的，本方法提供一种脉冲摩擦发电机，包括:第一基板；所述第一基板下表面设置的第一电极层；所述第一电极层下表面接触设置的第一摩擦层；第二基板；所述第二基板上表面设置的第二电极层；所述第二电极层上表面接触设置的第二摩擦层；接触式开关，所述接触式开关包括触头和固定设置的两个接触端，其中，所述触头与所述第一电极层连通，并且能够跟随所述第一基板运动；所述两个接触端都与所述第二电极层连通；当所述触头与所述两个接触端中任何一个接触时，所述接触式开关闭合；第一连接件，所述第一连接件使所述第一摩擦层与所述第二摩擦层面对面设置，并且在外力作用下能够使所述第一基板与第二基板之间的距离改变过程中，所述第一摩擦层下表面与所述第二摩擦层上表面能够接触和分离；其中，所述触头与第一接触端接触时，所述第一摩擦层与第二摩擦层处于分离状态；所述触头与第二接触端接触时，所述第一摩擦层的下表面与第二摩擦层上表面接触；所述接触式开关闭合时，所述第一电极层与所述触头之间和/或第二电极层与所述接触端之间有脉冲电信号输出。优选的，在所述接触式开关的触头的可移动距离不小于所述两个接触端之间的设定距离。优选的，所述接触式开关的触头的可移动距离等于所述两个接触端之间的设定距离。优选的，所述第一连接件为弹性连接件，所述第一连接件连接在所述第一基板与第二基板之间，或者所述第一连接件固定在所述第一摩擦层与第二摩擦层之间。优选的，所述接触式开关的两个接触端通过开关支架固定在所述第二基板上。优选的，所述发电机还包括弹性的第二连接件和第三基板，其中，所述第一连接件为弹性连接件，所述第一基板与第三基板分别位于所述第二基板的上方和下方；所述第二连接件连接在所述第二基板与所述第三基板之间，使所述第二基板的下表面与所述第三基板的上表面相对设置；所述第一连接件连接在所述第一基板与所述第三基板或第二基板之间，使所述第一摩擦层与所述第二摩擦层相对设置。优选的，所述接触式开关的两个接触端通过开关支架固定在所述第三基板的上表面。优选的，所述接触式开关的触头的可移动距离大于所述两个接触端之间的设定距离，并且在所述第一摩擦层的下表面与第二摩擦层的上表面接触后所述触头才能与第二接触端接触。优选的，所述接触式开关的触头的可移动距离等于两个接触端之间的设定距离，并且，当第一基板下表面与第二基板上表面之间的距离最大时，所述触头与第一接触端接触；第二基板下表面与第三基板上表面的距离最小时，所述触头与第二接触端接触。优选的，所述第一摩擦层和所述第二摩擦层的材料之间存在摩擦电极序差异。优选的，所述第一摩擦层和所述第二摩擦层为绝缘材料，所述绝缘材料选自苯胺甲醛树脂、聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺尼龙11、聚酰胺尼龙66、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、聚四氟乙烯和派瑞林。优选的，所述第一摩擦层或第二摩擦层的绝缘材料可由金属或半导体材料替换；所述金属材料选自金、银、钼、铝、镍、铜、钛、铬或硒，以及由上述金属形成的合金；所述半导体材料选自 SnO2, ZnO, TiO2, In2O3, ZnS, ZnSe, ZnTe, GaN, Se, CdS, CdSe, CdTe, Si, Ge, PbS,InGaAs, PbSe, InSb, PbTe, HgCdTe, PbSn, HgS, HgSe 和 HgTe0优选的，所述第一摩擦层的下表面和/或第二摩擦层的上表面的全部或部分具有纳米或微米尺度的微结构或者纳米材料的点缀或涂层。所述微结构选自纳米线、纳米棒、纳米管、纳米锥、纳米颗粒、纳米沟槽、微米线、微米棒、微米管、微米锥、微米颗粒和微米沟槽。优选的，所述第一摩擦层的下表面和/或第二摩擦层的上表面经过化学改性，其中，在摩擦电极序相对为正的材料表面弓I入更易失电子的官能团，或者在摩擦电极序相对为负的材料表面引入更易得电子的官能团；或者，在极性为正的材料表面引入正电荷，在极性为负的材料表面引入负电荷。优选的，所述第一摩擦层和/或第二摩擦层的厚度为100nm-5mm。优选的，所述第一摩擦层下表面与所述第二摩擦层上表面形状相同或互补。 优选的,所述第一电极层和所述第二电极层的导电材料选自金属、合金、导电氧化物或有机物导体；其中，所述金属选自金、银、钼、铝、镍、铜、钛、铬或硒；所述合金选自金、银、钼、铝、镍、铜、钛、铬或硒形成的合金、不锈钢。优选的，所示第一基板采用导电材料代替所述第一电极层；和/或，所述第二基板采用导电材料代替所述第二电极层。优选的，所述触头、或所述两个接触端的材料选自金属或合金；所述金属选自金、银、钼、铝、镍、铜、钛、铬或硒；所述合金选自金、银、钼、铝、镍、铜、钛、铬或硒形成的合金、不锈钢。优选的，所述触头为触片，所述两个接触端均为触片或触点；或者，所述触头为撞针，所述两个接触端均为触片。优选的，所述触片具有弹性。优选的，所述第一基板、第二基板、第三基板或开关支架为绝缘材料。优选的，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

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