一种产生交流输出的摩擦发电机和发电机组制造技术

一种能够产生交流输出的摩擦发电机和发电机组，包括两个互相滑动的两个部件，第一部件，包括：第一摩擦件、在第一摩擦件的相对两个表面分别接触设置的第一电极层和第二电极层，其中，第一电极层和第二电极层为图形化电极层，并且在第一摩擦件上的投影图形不重合；第二部件，包括：第二摩擦件、第二摩擦件的相对两个表面分别接触设置的第三电极层和第四电极层，其中第三电极层和第四电极层为图形化电极层；并且在第二摩擦件上的投影图形不重合；第一部件与第二部件相对设置，使第二电极层与第三电极层面对面，在外力作用下当第一部件相对于第二部件发生滑动摩擦时，第一电极层与第三电极层之间、第二电极层与第四电极层之间输出交流电信号。

【技术实现步骤摘要】
一种产生交流输出的摩擦发电机和发电机组
本专利技术涉及一种发电机，特别涉及将运动、振动、流体等自然存在的机械能转化为交流信号输出的摩擦发电机和发电机组。
技术介绍
在微电子和材料技术高速发展的今日，大量新型具有多种功能和高度集成化的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。 目前，技术人员利用摩擦生电现象，研发出了将运动、振动、流体等自然存在的机械能转化为电能的结构简单的摩擦电发电机，其基本结构参见图1，包括表面得失电子能力不同材料制备的摩擦层I和摩擦层2，摩擦层I和摩擦层2分别接触设置有电极层3和电极层4，当摩擦层I与摩擦层2发生相对滑动摩擦，并且接触面积发生变化时，能够通过电极层3和电极层4为外电路输出电信号，摩擦层I和摩擦层2在往复滑动摩擦过程中能够产生交流脉冲输出。可以将人体运动、振动等微小的机械能转变为电能，在无线传感、生物植入、安全监测等领域有着广泛的。 现有的以图1为基本结构的摩擦电发电机虽然能够产生较高的电压输出，但是，输出电流和功率密度都比较低，在很大程度上限制了发电机的应用，不利于直接应用来驱动电子器件，需要将输出的电能储存在电池等储能元件中为微型电子器件提供匹配的电源。而且发电机工作时需要较大的滑动空间，使两个摩擦层的接触面积改变量足够大，获得足以驱动电子器件的电能，因此，其转化效率、以及应用范围受到限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够将运动、振动、流体等自然存在的机械能转化为交流电信号输出的结构简单的摩擦发电机，克服现有摩擦电发电机输出电流和功率密度较低的缺陷。 为实现上述目的，本专利技术提供一种产生交流输出的摩擦发电机，包括: 第一部件，所述第一部件包括:第一摩擦件、在所述第一摩擦件的相对两个表面分别接触设置的第一电极层和第二电极层，其中，所述第一电极层和第二电极层为图形化电极层，并且在所述第一摩擦件上的投影图形不重合； 第二部件，所述第二部件包括:第二摩擦件、所述第二摩擦件的相对两个表面分别接触设置的第三电极层和第四电极层，其中，所述第三电极层和第四电极层为图形化电极层；并且在所述第二摩擦件上的投影图形不重合； 所述第一部件与第二部件相对设置，使所述第二电极层与所述第三电极层面对面，所述第一部件相对于第二部件发生滑动摩擦时，所述第一电极层与第三电极层之间、第二电极层与第四电极层之间输出交流电信号。 优选的，所述第二电极层与第三电极层的厚度范围为10纳米至10微米。 优选的，所述第二电极层与第三电极层的厚度范围为100纳米至I微米。 优选的，所述第一摩擦件和/或第二摩擦件的材料选自绝缘体。 优选的，所述第二电极层与第三电极层的图形相同或者互补。 优选的，所述第一电极层与第二电极层在所述第一摩擦件上的投影图形互补； 和/或，所述第四电极层与第三电极层在所述第二摩擦件上的投影图形互补。 优选的，所述第二电极层由多个长条形电极条平行排列形成，多个所述电极条互相之间电连接。 优选的，多个所述电极条的宽度均相等，所述电极条的宽度与相邻两个电极条之间的距离相等。 优选的，所述第一摩擦件和/或所述第二摩擦件的厚度与所述电极条的宽度相当；所述电极条的宽度范围为100纳米-10厘米。 优选的，所述滑动摩擦的滑动方向垂直于所述电极条的长度方向。 优选的，所述第二电极层由多个块状子电极按照棋盘格子图形排列形成。 优选的，所述块状子电极在所述第一摩擦件上的投影图形为正方形、长方形或菱形。 优选的，多个所述块状子电极的尺寸和形状相同。 优选的，所述第二电极层由周期性的多个电极扇区组成，多个所述扇区之间电连接。 优选的，每个所述电极扇区和两个相邻电极扇区之间的间隔具有相同的大小和形状。 优选的，所述第一摩擦件和第二摩擦件互相接触的表面为弧面弹头形或圆锥形，由多个扇区形成的弧面弹头形或圆锥形第二电极层和第三电极层分别接触设置在第一摩擦件与第二摩擦件的表面。 优选的，所述第一摩擦件为片状结构，所述第一电极层和第二电极层分别接触设置于所述第一摩擦件的上表面和下表面； 所述第二摩擦件为片状结构，所述第三电极层和第四电极层分别接触设置于所述第一摩擦件的上表面和下表面。 优选的，所述第一摩擦件为圆柱壳状，所述第一电极层和第二电极层分别接触设置于所述第一摩擦件的内表面和外表面； 所述第二摩擦件为圆柱壳状，所述第三电极层和第四电极层分别接触设置于所述第一摩擦件的外表面和内表面； 所述第一部件与第二部件形成套层结构，所述第一部件相对于第二部件发生滑动摩擦为第一部件相对于第二部件同轴转动，或者沿着第一摩擦件轴线方向滑动，或者沿着螺旋上升状轨迹互相滑动摩擦。 优选的，所述第一摩擦件和/或第二摩擦件的材料选自高分子聚合物、非导电性氧化物和复杂氧化物。 优选的，所述高分子聚合物选自聚四氟乙烯，聚二甲基硅氧烷，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、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤维素薄膜、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、再生纤维海绵薄膜、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、人造纤维薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、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、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、酚醛树脂薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、聚丙烯腈薄膜、聚(偏氯乙烯-CO-丙烯腈)薄膜或聚乙烯丙二酚碳酸盐薄膜，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯； 所述非导电性氧化物和复杂氧化物选自氧化硅、氧化锰、氧化铬、氧化铁、氧化铜、氧化锌、B12和Y2O3。 优选的，所述第一摩擦件和/或第二摩擦件的厚度范围为10纳米-1厘米。 优选的，所述第一摩擦件和/或第二摩擦件为柔性的或者硬性的。 优选的，在所述第一部件面向所述第二部件的全部或部分表面设置纳米粒子修饰层； 和/或，在所述第二部件面向所述第一部件的全部或部分表面设置纳米粒子修饰层。 优选的，所述纳米粒子修饰层中所述纳米粒子为有机物纳米粒子或者S12纳米粒子。 优选的，所述第一电极层、第二电极层、第三电极层或第四电极层的材料选自金属、合金、铟锡氧化物、有机物导体或掺杂的半导体，其中，金属，选自金、银、钼、铝、镍、铜、钛、铬或硒以及由2种以上物质所形成的合金；有机物导体选自自聚吡咯、聚苯硫醚、聚酞菁类化合物、聚苯胺和/或聚噻吩。 优选的，所述第一电极层、第二电极层为通过沉积方法制备在第一摩擦件相对两个表面的电极层；第三电极层、第四电极层为通过沉积方法制备在第二摩擦件两个相对表面的电极层。 优选的，在所述第一部件背向第二部件的表面上设置第一基板；在第二部件背向第一部件的表面上设置第二基板。 相应的，本专利技术还提供一种产生交流输出的摩擦发电机组，包括多个上述的摩擦发电机，多个所述摩擦发电机层叠在一起，并且相邻两个所述摩擦发电机共用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生交流输出的摩擦发电机，其特征在于，包括：第一部件，所述第一部件包括：第一摩擦件、在所述第一摩擦件的相对两个表面分别接触设置的第一电极层和第二电极层，其中，所述第一电极层和第二电极层为图形化电极层，并且在所述第一摩擦件上的投影图形不重合；第二部件，所述第二部件包括：第二摩擦件、所述第二摩擦件的相对两个表面分别接触设置的第三电极层和第四电极层，其中，所述第三电极层和第四电极层为图形化电极层；并且在所述第二摩擦件上的投影图形不重合；所述第一部件与第二部件相对设置，使所述第二电极层与所述第三电极层面对面，所述第一部件相对于第二部件发生滑动摩擦时，所述第一电极层与第三电极层之间、第二电极层与第四电极层之间输出交流电信号。

【技术特征摘要】
1.一种产生交流输出的摩擦发电机，其特征在于，包括: 第一部件，所述第一部件包括:第一摩擦件、在所述第一摩擦件的相对两个表面分别接触设置的第一电极层和第二电极层，其中，所述第一电极层和第二电极层为图形化电极层，并且在所述第一摩擦件上的投影图形不重合； 第二部件，所述第二部件包括:第二摩擦件、所述第二摩擦件的相对两个表面分别接触设置的第三电极层和第四电极层，其中，所述第三电极层和第四电极层为图形化电极层；并且在所述第二摩擦件上的投影图形不重合； 所述第一部件与第二部件相对设置，使所述第二电极层与所述第三电极层面对面，所述第一部件相对于第二部件发生滑动摩擦时，所述第一电极层与第三电极层之间、第二电极层与第四电极层之间输出交流电信号。2.根据权利要求1所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第二电极层与第三电极层的厚度范围为10纳米至10微米。3.根据权利要求1所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第二电极层与第三电极层的厚度范围为100纳米至I微米。4.根据权利要求1-3任一项所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第一摩擦件和/或第二摩擦件的材料选自绝缘体。5.根据权利要求1-4任一项所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第二电极层与第三电极层的图形相同或者互补。6.根据权利要求1-5任一项所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第一电极层与第二电极层在所述第一摩擦件上的投影图形互补； 和/或，所述第四电极层与第三电极层在所述第二摩擦件上的投影图形互补。7.根据权利要求5或6所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第二电极层由多个长条形电极条平行排列形成，多个所述电极条互相之间电连接。8.根据权利要求7所述的摩擦发电机，其特征在于，多个所述电极条的宽度均相等，所述电极条的宽度与相邻两个电极条之间的距离相等。9.根据权利要求7或8所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第一摩擦件和/或所述第二摩擦件的厚度与所述电极条的宽度相当；所述电极条的宽度范围为100纳米-10厘米。10.根据权利要求7-9任一项所述的摩擦发电机，其特征在于，所述滑动摩擦的滑动方向垂直于所述电极条的长度方向。11.根据权利要求5或6所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第二电极层由多个块状子电极按照棋盘格子图形排列形成。12.根据权利要求11所述的摩擦发电机，其特征在于，所述块状子电极在所述第一摩擦件上的投影图形为正方形、长方形或菱形。13.根据权利要求11或12所述的摩擦发电机，其特征在于，多个所述块状子电极的尺寸和形状相同。14.根据权利要求5或6所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第二电极层由周期性的多个电极扇区组成，多个所述扇区之间电连接。15.根据权利要求14所述的摩擦发电机，其特征在于，每个所述电极扇区和两个相邻电极扇区之间的间隔具有相同的大小和形状。16.根据权利要求14或15所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第一摩擦件和第二摩擦件互相接触的表面为弧面弹头形或圆锥形，由多个扇区形成的弧面弹头形或圆锥形第二电极层和第三电极层分别接触设置在第一摩擦件与第二摩擦件的表面。17.根据权利要求1-16任一项所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第一摩擦件为片状结构，所述第一电极层和第二电极层分别接触设置于所述第一摩擦件的上表面和下表面； 所述第二摩擦件为片状结构，所述第三电极层和第四电极层分别接触设置于所述第一摩擦件的上表面和下表面。18.根据权利要求1-13任一项所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第一摩擦件为圆柱壳状，所述第一电极层和第二电极层分别接触设置于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱光，王中林，
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