一种摩擦电纳米发电机及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种摩擦电纳米发电机的鞋垫，属于发电机技术领域，该摩擦电纳米发电机的鞋垫摩擦电纳米发电机由上向下依次包括上电极层、第一摩擦层、弹性层、第二摩擦层和下电极层；弹性层用于隔离第一摩擦层和第二摩擦层；第一摩擦层合格第二摩擦层之间夹杂有水凝胶材料，鞋垫本体包括面对面设置的第一表面层和第二表面层；第一表面层位于摩擦电纳米发电机的上电极层上，第二表面层位于摩擦电纳米发电机的下电极层下；摩擦电纳米发电机的上电极层和下电极层分别通过导线引出鞋垫本体，能够解决目前含有摩擦电纳米发电机的鞋垫具有发电能力不稳定、不持久，电流小且容易磨损、无法愈合的问题。愈合的问题。愈合的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种摩擦电纳米发电机及其应用


[0001]本专利技术属于发电机
，具体而言，涉及一种摩擦电纳米发电机的鞋垫。

技术介绍

[0002]摩擦电是自然界中最常见的一种现象之一，无论是梳头、穿衣还是走路、开车都能遇到。但摩擦电又很难被收集和利用，因此往往被所忽视。由美国佐治亚理工学院教授王中林领导的研究小组，开发出了一种透明的柔性摩擦电发电机，借助柔性高分子聚合物材料成功地将摩擦转化成为了可供使用的电力。摩擦电发电机依靠摩擦点电势的充电泵效应，通过聚酯纤维薄片与聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄片的摩擦来产生电力。借助一种分离技术，当摩擦发生时，两层聚合物薄膜之间产生电荷分离并形成电势差，经由外部电路即可形成电流。在摩擦中，聚酯纤维产生电子，聚二甲基硅氧烷则负责接收电子。此外，外部的按压产生的机械形变也能使它们发生摩擦产生电力。
[0003]利用带发电装置的鞋垫可以将行走过程中大量流失的重力能转化成电能。目前，已经报道的带发电装置的鞋垫由踏压转动机构、传动机构和微型发电机等组成，这种鞋垫结构复杂、体积大、成本高，并且稳定性和转化效率低，导致了这种技术很难被实际应用。
[0004]目前，含有摩擦电纳米发电机的鞋垫具有发电能力不稳定、不持久，电流小且容易磨损、无法愈合的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供一种摩擦电纳米发电机的鞋垫，能够解决目前含有摩擦电纳米发电机的鞋垫具有发电能力不稳定、不持久，电流小且容易磨损、无法愈合的问题。
[0006]本专利技术是这样实现的：
[0007]本专利技术提供一种摩擦电纳米发电机，所述摩擦电纳米发电机由上向下依次包括上电极层、第一摩擦层、弹性层、第二摩擦层和下电极层；所述弹性层用于隔离所述第一摩擦层和所述第二摩擦层；所述第一摩擦层合格所述第二摩擦层之间夹杂有水凝胶材料，所述弹性层在外力作用下能够被压缩，使所述第一摩擦层和第二摩擦层发生接触；所述弹性层在撤去外力时能够弹性回复，使所述第一摩擦层和第二摩擦层发生分离；所述第一摩擦层和第二摩擦层分别采用具有不同摩擦电性质的材料。
[0008]所述的弹性层的厚度为1mm到10mm之间。
[0009]在上述技术方案的基础上，本专利技术的一种摩擦电纳米发电机还可以做如下改进:
[0010]其中，所述第一摩擦层采用聚对苯二甲酸乙二醇酯作为摩擦正电极材料，所述第二摩擦层采用PDMS薄膜作为摩擦负电极材料。
[0011]其中，PDMS薄膜为聚二甲基硅氧烷薄膜。
[0012]其中，撤去外力时，所述弹性层使所述第一摩擦层和第二摩擦层分离，所述第一摩擦层和第二摩擦层不接触部分的距离保持在2mm至6mm。
[0013]其中，所述水凝胶材料为PAAm
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βCD
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PEI水凝胶。
[0014]所述PAAm
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βCD
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PEI水凝胶通过丙烯酰胺(AAm)和β
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环糊精(β
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CD)和聚乙烯亚胺(PEI)交联形成。
[0015]其中，所述第一摩擦层和第二摩擦层的厚度为6
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180μm。
[0016]其中，所述上电极层和下电极层采用导电薄膜。
[0017]所述导电薄膜可以选自金属薄膜或导电氧化物薄膜，更优选金属薄膜，例如铂膜、铝膜、金膜、铜膜、铟锡氧化物薄膜等。
[0018]所述导电薄膜通过将金属沉积在所述聚合物层表面而形成。
[0019]本专利技术提供一种摩擦电纳米发电机的应用，采用上述的一种摩擦电纳米发电机制成的鞋垫。
[0020]在上述技术方案的基础上，本专利技术的一种摩擦电纳米发电机的应用还可以做如下改进:
[0021]进一步的，所述鞋垫包括上述摩擦电纳米发电机和鞋垫本体，所述鞋垫本体包括面对面设置的第一表面层和第二表面层；所述第一表面层位于所述摩擦电纳米发电机的所述上电极层上，所述第二表面层位于所述摩擦电纳米发电机的所述下电极层下；所述摩擦电纳米发电机的所述上电极层和所述下电极层分别通过导线引出所述鞋垫本体。
[0022]进一步的，所述鞋垫本体采用绝缘材料。
[0023]进一步的，所述鞋垫本体还具有整流器，所述摩擦电纳米发电机的所述上电极层和所述下电极层分别通过导线与所述整流器的输入端相连接，所述整流器的输出端为所述摩擦电纳米发电机的输出端。
[0024]其中，摩擦电纳米发电机或发电机组也充当了鞋垫的一部分，获得了轻薄的鞋垫，可以将行走时的重力能转变为电能，通过整流器后可以获得直流输出为电子器件提供电源或充电。
[0025]本实施例中利用摩擦电纳米发电机或发电机组的鞋垫，并不限于普通意义的鞋垫，是行走时被踩踏部分的统称。例如可以是鞋底或者人流量大的区域的地垫等。
[0026]与现有技术相比较，本专利技术提供的一种摩擦电纳米发电机的鞋垫的有益效果是：本专利技术提供的一种摩擦电纳米发电机的鞋垫的输出电压和电流分别可达600V和1.5μA，并且水凝胶在断裂后无需外界刺激在2s内可实现自愈合，在利用此鞋垫进行走路的过程中，能够实时稳定输出600V电压和1.5μA电流，同时该含有PAAm
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βCD
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PEI水凝胶的鞋垫具有较强的自愈合能力，持久耐磨，延长使用寿命。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1为一种摩擦电纳米发电机的结构图；
[0029]图2为一种摩擦电纳米发电机的发电原理图；
[0030]图3为一种摩擦电纳米发电机的鞋垫结构图；
[0031]图4为一种摩擦电纳米发电机的电性能实验图；
[0032]附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0033]101、上电极层；102、第一摩擦层；103、弹性层；104、第二摩擦层；105、下电极层；201、第一表面层；202、第二表面层。
具体实施方式
[0034]为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。
[0035]因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。
[0036]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种摩擦电纳米发电机，所述摩擦电纳米发电机由上向下依次包括上电极层(101)、第一摩擦层(102)、弹性层(103)、第二摩擦层(104)和下电极层(105)；所述弹性层(103)用于隔离所述第一摩擦层(102)和所述第二摩擦层(104)；其特征在于，所述第一摩擦层(102)合格所述第二摩擦层(104)之间夹杂有水凝胶材料，所述弹性层(103)在外力作用下能够被压缩，使所述第一摩擦层(102)和第二摩擦层(104)发生接触；所述弹性层(103)在撤去外力时能够弹性回复，使所述第一摩擦层(102)和第二摩擦层(104)发生分离；所述第一摩擦层(102)和第二摩擦层(104)分别采用具有不同摩擦电性质的材料。2.根据权利要求1所述的一种摩擦电纳米发电机，其特征在于，所述第一摩擦层(102)采用聚对苯二甲酸乙二醇酯作为摩擦正电极材料，所述第二摩擦层(104)采用PDMS薄膜作为摩擦负电极材料。3.根据权利要求1所述的一种摩擦电纳米发电机，其特征在于，撤去外力时，所述弹性层使所述第一摩擦层和第二摩擦层分离，所述第一摩擦层和第二摩擦层不接触部分的距离保持在2mm至6mm。4.根据权利要求1所述的一种摩擦电纳米发电机，其特征在于，所述水凝胶材料为PAAm
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βCD
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【专利技术属性】
技术研发人员：于淼，龙云泽，拉马克瑞斯纳，
申请(专利权)人：青岛中科凯尔科技有限公司，
类型：发明
国别省市：