摩擦纳米发电机、自驱动矢量和方向传感器及其系统技术方案

一种摩擦纳米发电机、自驱动矢量和方向传感器及系统，摩擦纳米发电机，包括：第一摩擦单元，包含第一摩擦层；第二摩擦单元，包含：第二支撑层；第二摩擦层，设置于第二支撑层与第一摩擦层接触摩擦的一面；以及电荷收集层，设置于第二支撑层中与第二摩擦层相邻的至少一个侧面上，与第一摩擦层之间有空气隙并与第二摩擦层存在间距；其中，电荷收集层和第二摩擦层分别作为该摩擦纳米发电机的电学输出端。该发电机实现机械能到直流电能的直接转换，无需使用额外的电源管理电路，简化了电路设计。该传感器可用于监测运动物体的速度、加速度、位移、角度、频率和转速等信息；并且可对运动轨迹进行实时跟踪和成像，在传感领域具有巨大的应用潜力。

Friction nano generator, self driving vector and direction sensor and its system

【技术实现步骤摘要】
摩擦纳米发电机、自驱动矢量和方向传感器及其系统
本公开属于传感技术与自驱动
，涉及一种摩擦纳米发电机、自驱动矢量和方向传感器及系统。
技术介绍
随着智能终端，移动网络和智能物联网的快速发展，传感器的性能要求不断的提高。传统传感器的原理主要基于光波、电磁波、压电、电容等技术，在灵敏度、稳定性、线性度上具有优良的性能。随着传感器数量的增多，传感器的整体功耗急剧增加，这些能源往往依靠外部电池提供。但是电池需要经常充电、更换以及回收处理，因此寻求一种可持续的能量源构建自驱动传感是未来传感器的一大发展方向。目前，自驱动传感供电主要靠收集环境中的能量，诸如太阳能、热能以及风能等，而太阳能发电需要太阳光照，热电发电机依赖于温度差，风力发电机需要工作在风能充裕的环境。上述能源的获取途径均受到限制。摩擦纳米发电机主要是利用材料摩擦电极序的不同，在摩擦接触的过程中实现电子转移，通过电势差驱动自由电子流移动。纳米发电机可以收集周围环境能量进行发电，将机械能转换为电能，驱动电子器件运行。相比传统电磁感应发电机，纳米发电机体积小质量轻，可以作为便携本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种摩擦纳米发电机，其特征在于，包括：/n第一摩擦单元(100)，包含第一摩擦层(101)；/n第二摩擦单元(200)，包含：第二支撑层(201)；第二摩擦层(202)，设置于所述第二支撑层(201)与所述第一摩擦层(101)接触摩擦的一面；以及电荷收集层(203)，设置于所述第二支撑层(201)中与第二摩擦层(202)相邻的至少一个侧面上，与第一摩擦层(101)之间有空气隙，并与所述第二摩擦层(202)存在间距；/n其中，所述电荷收集层(203)和所述第二摩擦层(202)分别作为该摩擦纳米发电机的第一输出端和第二输出端；第一摩擦层(101)与第二摩擦层(202)相互接触的表面的材料处于不...

【技术特征摘要】
20181115 CN 20181136286231.一种摩擦纳米发电机，其特征在于，包括：
第一摩擦单元(100)，包含第一摩擦层(101)；
第二摩擦单元(200)，包含：第二支撑层(201)；第二摩擦层(202)，设置于所述第二支撑层(201)与所述第一摩擦层(101)接触摩擦的一面；以及电荷收集层(203)，设置于所述第二支撑层(201)中与第二摩擦层(202)相邻的至少一个侧面上，与第一摩擦层(101)之间有空气隙，并与所述第二摩擦层(202)存在间距；
其中，所述电荷收集层(203)和所述第二摩擦层(202)分别作为该摩擦纳米发电机的第一输出端和第二输出端；第一摩擦层(101)与第二摩擦层(202)相互接触的表面的材料处于不同的摩擦电序列，所述第一摩擦层与第二摩擦层互相滑动摩擦时，在所述第一输出端和第二输出端之间有电信号输出。


2.根据权利要求1所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第二支撑层(201)为柱体、台体或椎体之一或其组合，所述电荷收集层(203)分布于该第二支撑层(201)的周面或侧面。


3.根据权利要求1或2所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第一摩擦层(101)的材料为介电材料；
所述第二摩擦层(202)与所述电荷收集层(203)的材料为导电材料；
作为优选，所述介电材料为驻极体材料。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述电荷收集层(203)与所述第二摩擦层(202)的间距为预设距离，该预设距离为1mm～50mm。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第一摩擦单元(100)与第二摩擦单元(200)其中一个作为定子，另外一个作为转子，所述第二支撑层(201)包含多个扇形结构，所述第二摩擦层(202)设置于各个扇形结构的接触摩擦的扇面上，所述电荷收集层(203)设置于各个扇形结构的侧面上；
可选的，所述第二支撑层(201)为风扇形或者轮毂形；
可选的，所述第一摩擦单元(100)为圆盘形。


6.根据权利要求5所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，
所述第一摩擦单元(100)中还包含：缓冲结构；和/或，
所述第一摩擦层(101)与所述第二摩擦层(202)中至少之一制作有微纳结构。


7.根据权利要求5或6所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述多个扇形结构之间预设夹角为1°～90°，每个扇形对应的圆心角为1°～90°。


8.根据权利要求1-4中任一项所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述电荷收集层(203)的个数N≥1个，当所述电荷收集层(203)的个数大于1个时，位于不同侧面的电荷收集层(203)之间存在间距，所有的电荷收集层(203)连接在一起，共同作为该摩擦纳米发电机的一个公共输出端，该公共输出端为第一输出端，所述第二摩擦层(202)作为该摩擦纳米发电机的第二输出端。


9.根据权利要求5-7中任一项所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述电荷收集层(203)的个数N≥1个，当所述电荷收集层(203)的个数大于1个时，位于不同侧面的电荷收集层(203)之间存在间距，所有的电荷收集层(203)连接在一起，共同作为该摩擦纳米发电机的一个公共输出端，该公共输出端为第一输出端，所述第二摩擦层(202)作为该摩擦纳米发电机的第二输出端。


10.根据权利要求1-4中任一项所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述电荷收集层(203)的个数大于1个，位于不同侧面的电荷收集层(203)之间存在间距，各个电荷收集层(203)单独作为摩擦纳米发电机的多个第一输出端，所述第二摩擦层(202)作为该摩擦纳米发电机的第二输出端。


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【专利技术属性】
技术研发人员：王杰，尹星，刘迪，周灵琳，郭恒宇，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11