一种嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置，包括内壳体和外壳体，所述内壳体位于外壳体的内部，所述内壳体的外表面设置有第一摩擦层，所述第一摩擦层背部的电极上连接有第一导电元件；所述外壳体的内表面设置有第二摩擦层，所述第二摩擦层背部的电极上连接有第二导电元件；外力作用下，所述内壳体和外壳体发生位移使得第一摩擦层和第二摩擦层以接触‑分离的方式进行摩擦，从而使得第一导电元件和第二导电元件输出电信号。本发明专利技术能够通过简单的机械振动收集电能，且提高了空间利用率。

A nested closed and portable friction nanoscale generator device

The invention relates to a nested closed portable friction nano generator device, including the inner shell and the outer shell, inner shell in the outer shell of the inner and outer surface of the inner shell is provided with a first friction layer, the first layer of the back electrode friction are connected to the first conductive element; the shell body the second layer is arranged on the internal surface of the friction, the friction on the back of the second electrode layer is connected with the second conductive element; under the action of external force, the displacement of the inner shell and the outer shell so that the first friction layer and second friction layer to contact separation of the friction, so that the output signal of the first conductive element and the conductive element second. The invention can collect electrical energy by simple mechanical vibration and improve the utilization rate of space.

【技术实现步骤摘要】
一种嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置
本专利技术涉及发电机
，特别是涉及一种嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置。
技术介绍
振动是一种我们日常生活中最常见的机械运动，存在于人体运动如跑步、走路等活动中，以及在水的波动中也可产生振动，从环境中的机械振动采集能量来给电子器件供电可以被广泛应用，纳米发电机收集周围环境中的机械能来驱动便携式电子设备，是非常值得期待的一门技术。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置，能够通过简单的机械振动收集电能，且提高空间利用率。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置，包括内壳体和外壳体，所述内壳体位于外壳体的内部，所述内壳体的外表面设置有第一摩擦层，所述第一摩擦层背部的电极上连接有第一导电元件；所述外壳体的内表面设置有第二摩擦层，所述第二摩擦层背部的电极上连接有第二导电元件；外力作用下，所述内壳体和外壳体发生位移使得第一摩擦层和第二摩擦层以接触-分离的方式进行摩擦，从而使得第一导电元件和第二导电元件输出电信号。所述第一摩擦层包括分布在内壳体外表面前后左右四个位置的四个摩擦单元；所述第二摩擦层包括分布在外壳体内表面前后左右四个位置的四个摩擦单元。所述第一摩擦层四个摩擦单元的背部电极通过铜条相连后与第一导电元件连接，所述第二摩擦层四个摩擦单元的背部电极通过铜条相连后与第二导电元件连接。所述第一摩擦层与第二摩擦层存在摩擦电极序差异。其中，所述的摩擦电极序，是根据材料对电荷的吸引程度将其进行排序，两种材料在接触摩擦的瞬间，在摩擦面上负电荷从摩擦电极序中极性较正的材料表面转移至摩擦电极序中极性较负的材料表面。所述第一摩擦层和第二摩擦层以垂直接触-分离的方式进行摩擦。所述第一摩擦层和第二摩擦层均为聚合物膜，所述第一摩擦层和第二摩擦层采用的聚合物膜不同。所述聚合物膜为聚羟基丁酸-戊酯、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、聚乙烯醇缩丁酯、聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯、或聚对苯二甲酸乙二醇酯。所述第一摩擦层与第二摩擦层之间的距离为2-10mm。所述内壳体和外壳体的形状均为方体结构；所述内壳体和外壳体同轴设置形成套层结构。所述外壳体插孔处用玻璃胶进行密封形成封闭结构。有益效果由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本专利技术制作简单，材料常规易得，嵌套结构降低了空间占比率，可作为便携式电子设备，方便携带；本专利技术将装置进行密封处理，封闭的装置可使用于水下活动，收集水波能；本专利技术作为双电极结构，有较高的发电效率。附图说明图1为本专利技术的提供的一种嵌套式封闭摩擦纳米发电机装置总体结构示意图；图2为本专利技术摩擦纳米发电机在轴垂直方向上的横截面的典型图形示意图；图3为本专利技术正视图所示的摩擦纳米发电机原理剖面示意图；图中：11—第一摩擦层第一单元；12—第一摩擦层第二单元；13—第一摩擦层第三单元；14—第一摩擦层第四单元；21—第二摩擦层第一单元；22—第二摩擦层第二单元；23—第二摩擦层第三单元；24—第二摩擦层第四单元；31—第一导线；32—第二导线2；41—第一弹簧；42—第二弹簧。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本专利技术的实施方式涉及一种嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置，如图1所示，包括内壳体和外壳体，所述内壳体位于外壳体的内部，内壳体和外壳体之间设置有第一弹簧41和第二弹簧42，两根弹簧的弹性系数足够大可以使内壳体和外壳体较易接触与分离。所述内壳体的外表面设置有第一摩擦层，所述第一摩擦层包括分布在内壳体外表面前后左右四个位置的四个摩擦单元11、12、13和14，所述第一摩擦层四个摩擦单元的背部电极通过铜条相连后与第一导电元件连接，所述第一导电元件为第一导线31；所述外壳体的内表面设置有第二摩擦层，所述第二摩擦层包括分布在外壳体内表面前后左右四个位置的四个摩擦单元21、22、23和24，所述第二摩擦层四个摩擦单元的背部电极通过铜条相连后与第二导电元件连接，所述第二导电元件为第二导线32；所述第一摩擦层与第二摩擦层存在摩擦电极序差异，外力作用下，所述内壳体和外壳体发生位移使得第一摩擦层和第二摩擦层以接触-分离的方式进行摩擦，从而使得第一导电元件和第二导电元件输出电信号。图1中，该装置外壳体与内壳体的尺寸为分别为50*50*50mm和30*30*30mm，组装成两个方体结构，内壳体和外壳体之间同轴设置形成套层结构。内壳体内填充有重物使之有一定重量，内壳体底部与外壳体底部用弹性系数较大的弹簧固定，外壳体插孔处用玻璃胶进行密封形成封闭结构。本实施方式中第一摩擦层为PVDF聚合物膜，第二摩擦层为PHBV聚合物膜，均以铝箔作为负载，铝箔充当背部电极。以内壳体四个面的前膜作为摩擦第一单元，逆时针旋转，依次标记为第二单元，第三单元，第四单元(外壳体标记，同内壳体)，将第一摩擦层与第二摩擦层的背部电极处引出两条导线用做输出电信号。图2所示为在轴垂直方向上的横截面的典型图形示意图，可清楚知第一摩擦层与第二摩擦层组装成嵌套结构。本专利技术的摩擦纳米发电机工作原理详见图3。为了方便说明，此处以正视图所示的摩擦纳米发电机剖面示意图，以第一摩擦层第二单元12与第二摩擦层第二单元22和第一摩擦第四单元14与第二摩擦第四单元24进行垂直接触-分离模式为例，当无外力作用时，如图3(a)所示，四个面均无感应电荷产生；当受到向左的力时，如图3(b)所示，第一摩擦第四单元14与第二摩擦第四单元24相接触，由于摩擦电极序差异，第一摩擦第四单元14感应出负电荷，第二摩擦第四单元24感应出正电荷；当受到向右的力时如图3(c)所示，第一摩擦层第二单元12感应出负电荷，第二摩擦层第二单元22感应出正电荷，由于接触面积的变化，可输出电信号。第一摩擦层第一单元11与第二摩擦层第一单元21，第一摩擦层第三单元13与第二摩擦层第三单元23，同理，当受到前后的力发生振动时，由于接触面积的变化，也能输出电信号。值得一提的是，第一摩擦层和第二摩擦层使用如下聚合物膜时均能输出电信号，聚合物膜包括：聚酰亚胺(PA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亚胺(PI)、聚乙烯醇缩丁酯(PVB)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。不难发现，本专利技术提供的摩擦纳米发电机，利用两摩擦材料摩擦电极序差异，以垂直接触分离模式产生电信号，结构为嵌套式，提高了空间利用率，可为便携式设备或时时利用振动能充电，作为密封结构，还可用于水下活动，扩大了应用范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置，包括内壳体和外壳体，所述内壳体位于外壳体的内部，其特征在于，所述内壳体的外表面设置有第一摩擦层，所述第一摩擦层背部的电极上连接有第一导电元件；所述外壳体的内表面设置有第二摩擦层，所述第二摩擦层背部的电极上连接有第二导电元件；外力作用下，所述内壳体和外壳体发生位移使得第一摩擦层和第二摩擦层以接触‑分离的方式进行摩擦，从而使得第一导电元件和第二导电元件输出电信号。

【技术特征摘要】
1.一种嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置，包括内壳体和外壳体，所述内壳体位于外壳体的内部，其特征在于，所述内壳体的外表面设置有第一摩擦层，所述第一摩擦层背部的电极上连接有第一导电元件；所述外壳体的内表面设置有第二摩擦层，所述第二摩擦层背部的电极上连接有第二导电元件；外力作用下，所述内壳体和外壳体发生位移使得第一摩擦层和第二摩擦层以接触-分离的方式进行摩擦，从而使得第一导电元件和第二导电元件输出电信号。2.根据权利要求1所述的嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置，其特征在于，所述第一摩擦层包括分布在内壳体外表面前后左右四个位置的四个摩擦单元；所述第二摩擦层包括分布在外壳体内表面前后左右四个位置的四个摩擦单元。3.根据权利要求2所述的嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置，其特征在于，所述第一摩擦层四个摩擦单元的背部电极通过铜条相连后与第一导电元件连接，所述第二摩擦层四个摩擦单元的背部电极通过铜条相连后与第二导电元件连接。4.根据权利要求1所述的嵌套式封闭便携式摩擦纳米发电机装置，其特征在于，所述第一摩擦层与第二摩擦层...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞昊，吕莎莎，黄涛，俞彬，段小超，杨通辉，朱美芳，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31