一种摩擦纳米发电机制造技术

本申请涉及能量收集技术领域，特别涉及一种摩擦纳米发电机。该摩擦纳米发电机包括相互抵接且能够相对滑动的第一摩擦单元和第二摩擦单元，且在滑动方向，第一摩擦单元的尺寸小于第二摩擦单元的尺寸，以使第一摩擦单元朝向第二摩擦单元的表面始终与第二摩擦单元的一侧表面的接触面积保持不变；第一摩擦单元和第二摩擦单元之间的界面形成有PN结、肖特基结或者异质结。在PN结、肖特基结或者异质结区产生电子

【技术实现步骤摘要】
一种摩擦纳米发电机


[0001]本申请涉及能量收集
，特别涉及一种摩擦纳米发电机。

技术介绍

[0002]随着移动互联技术和人工智能技术的快速发展，数以万亿计的小型化和高集成化电子产品在人机交互领域受到广泛关注，例如原位监测和记录人体健康或行为习惯，植入式医疗诊断，这极大地促进了人类与物质世界之间的联系。这类通过获取大量数据来实现万物互联的便携式、分散式电子产品不仅依赖于外接电源的持续供电，并且要求电源具有可移动性、体积小、柔性等特性。目前摩擦纳米发电机作为一种新型分布式能量采集技术，可为微小电子器件提供电能，同时具有重量轻、安全、材料选择范围广且制造简单等优点。然而，基于摩擦起电和静电感应的协同作用，目前大部分传统摩擦纳米发电机具备脉冲式的交流电输出的固有特性，导致实际应用中需外接整流电子元件将交流电转变为直流电后才能为大多数直流电子设备持续供电。在电路中集成这类具有一定体积和刚性的整流电子元件不仅限制了未来电子产品向小型化和柔性方向发展，还会耗损摩擦纳米发电机自身的一部分能量。

技术实现思路

[0003]本申请公开了一种摩擦纳米发电机，以解决现有摩擦纳米发电机包括无法直接输出直流电的问题。
[0004]为达到上述目的，本申请提供以下技术方案：
[0005]第一方面，一种摩擦纳米发电机包括相互抵接且能够相对滑动的第一摩擦单元和第二摩擦单元，且在滑动方向，第一摩擦单元的尺寸小于第二摩擦单元的尺寸，以使第一摩擦单元朝向第二摩擦单元的表面始终与第二摩擦单元的一侧表面的接触面积保持不变；第一摩擦单元和第二摩擦单元之间的界面形成有PN结、肖特基结或者异质结。
[0006]进一步地，第一摩擦单元包括至少一层P型半导体层，第二摩擦单元包括至少一层N型半导体层，且第一摩擦单元中的至少一层P型半导体层与第二摩擦单元中的至少一层N型半导体层抵接。
[0007]进一步地，第一摩擦单元包括M层交替且层叠设置的P型半导体层和N型半导体层，M为大于等于2的整数；和/或，第二摩擦单元包括L层交替且层叠设置的P型半导体层和N型半导体层，L为大于等于2的整数；M和L的和为偶数。
[0008]进一步地，第一摩擦单元包括第一电极层，至少一层P型半导体层设于第一电极层的表面；和/或，第二摩擦单元包括第二电极层，至少一层N型半导体层设于第二电极层的表面。
[0009]进一步地，第一摩擦单元包括至少一层半导体材料层，第二摩擦单元包括至少一层金属层，且第一摩擦单元中的至少一层半导体材料层与第二摩擦单元中的至少一层金属层抵接，第一摩擦单元背离第二摩擦单元的一侧表面设有工作电极层；半导体材料层为P型
半导体层或N型半导体层。
[0010]进一步地，第一摩擦单元包括M层交替且层叠设置的半导体材料层和金属层，M为大于等于2的整数；和/或，第二摩擦单元包括L层交替且层叠设置的半导体材料层和金属层，L为大于等于2的整数；M和L的和为偶数。
[0011]进一步地，P型半导体层中掺杂金属颗粒或者N型半导体颗粒以形成包括多个D/A界面的异质结；或，N型半导体层中掺杂金属颗粒或者P型半导体颗粒以形成包括多个D/A界面的异质结。
[0012]进一步地，P型半导体层为P型有机半导体层，N型半导体层为N型有机半导体层。
[0013]进一步地，P型有机半导体层的材料选自聚(二甲基
‑
三芳基胺)、聚苯胺、3
‑
己基噻吩的聚合物、聚(3,4
‑
乙烯二氧噻吩)
‑
聚苯乙烯磺酸、聚二氧乙基塞吩或者2,7
‑
二己基二噻吩并[2,3
‑
d:2',3'
‑
d']苯并[1,2
‑
b:4,5
‑
b']二噻吩中的至少一种；N型有机半导体层的材料选自苝四羧酸二亚胺、萘四甲二亚胺或者基于苯并双噻二唑的分子中的至少一种。
[0014]进一步地，第一摩擦单元和第二摩擦单元的厚度均小于等于1mm。
[0015]采用本申请的技术方案，产生的有益效果如下：
[0016]本申请提供的摩擦纳米发电机的第一摩擦单元和第二摩擦单元在相对滑动时，二者的界面能够形成PN结、肖特基结或者异质结，在PN结、肖特基结或者异质结区产生电子
‑
空穴对，且因为二者滑动接触面积不变，二者界面产生的电子
‑
空穴对的数量保持不变，在第一摩擦单元和第二摩擦单元之间的内建电场的作用下，电子
‑
空穴对分离形成定向的电流输出。
附图说明
[0017]图1为本申请一种实施例的摩擦纳米发电机的结构示意图；
[0018]图2为本申请一种实施例的包括PN结的摩擦纳米发电机的结构示意图；
[0019]图3为本申请一种实施例的第一摩擦单元和第二摩擦单元均包括多层PN结的摩擦纳米发电机的结构示意图；
[0020]图4为本申请一种实施例的包括肖特基结的摩擦纳米发电机的结构示意图；
[0021]图5为本申请一种实施例的第二摩擦单元包括多层PN结的摩擦纳米发电机的结构示意图；
[0022]图6为本申请一种实施例的第一摩擦单元包括多层肖特基结的摩擦纳米发电机的结构示意图；
[0023]图7为本申请一种实施例的第二摩擦单元掺杂金属颗粒以形成异质结的摩擦纳米发电机的结构示意图；
[0024]图8为本申请一种实施例的第二摩擦单元掺杂P型半导体颗粒以形成异质结的摩擦纳米发电机的结构示意图；
[0025]图9为本申请另一种实施例的第二摩擦单元掺杂N型半导体颗粒以形成异质结的摩擦纳米发电机的结构示意图；
[0026]图10为本申请实施例1中的摩擦纳米发电机的直流信号图。
[0027]附图标号：100
‑
第一摩擦单元；200
‑
第二摩擦单元；300
‑
工作电极层；400
‑
第一电极层；500
‑
第二电极层；600
‑
外部设备；
[0028]01
‑
金属颗粒；02
‑
金属层；03
‑
P型半导体层；04
‑
N型半导体层；05
‑
P型半导体颗粒；06
‑
N型半导体颗粒。
具体实施方式
[0029]为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
[0030]本申请实施例描述的应用场景是为了更加清楚的说明本申请实施例的技术方案，并不构成对于本申请实施例提供的技术方案的限定，本领域普通技术人员可知，随着新应用场景的出现，本申请实施例提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种摩擦纳米发电机，其特征在于，包括相互抵接且能够相对滑动的第一摩擦单元和第二摩擦单元，且在滑动方向，所述第一摩擦单元的尺寸小于所述第二摩擦单元的尺寸，以使所述第一摩擦单元朝向所述第二摩擦单元的表面与所述第二摩擦单元的一侧表面的接触面积保持不变；所述第一摩擦单元和所述第二摩擦单元之间的界面形成有PN结、肖特基结或者异质结。2.根据权利要求1所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第一摩擦单元包括至少一层P型半导体层，所述第二摩擦单元包括至少一层N型半导体层，且所述第一摩擦单元中的至少一层P型半导体层与所述第二摩擦单元中的至少一层N型半导体层抵接。3.根据权利要求2所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第一摩擦单元包括M层交替且层叠设置的P型半导体层和N型半导体层，M为大于等于2的整数；和/或，所述第二摩擦单元包括L层交替且层叠设置的P型半导体层和N型半导体层，L为大于等于2的整数；所述M和L的和为偶数。4.根据权利要求2所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第一摩擦单元包括第一电极层，所述至少一层P型半导体层设于所述第一电极层的表面；和/或，所述第二摩擦单元包括第二电极层，所述至少一层N型半导体层设于所述第二电极层的表面。5.根据权利要求1所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第一摩擦单元包括至少一层半导体材料层，所述第二摩擦单元包括至少一层金属层，且所述第一摩擦单元中的至少一层半导体材料层与所述第二摩擦单元中的至少一层金属层抵接，所述第一摩擦单元背离所述第二摩擦单元的一侧表面设有工作电极层；所述半导体材料层为P型半导体层或N型半导体层。6.根据权利要求5所述的摩擦纳米发电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏迪，李绍欣，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：新型
国别省市：