一种单电极摩擦纳米发电机及其高压源系统与应用技术方案

本发明专利技术公开了一种单电极摩擦纳米发电机及其高压源系统与应用。单电极摩擦纳米发电其包括定子和滑块。定子包括参考电极、绝缘填充层、主电极、绝缘摩擦介质层一。绝缘填充层的一侧上安装参考电极，相对另一侧上平铺绝缘摩擦介质层一。主电极安装在绝缘填充层与绝缘摩擦介质层一之间，且与参考电极串联接地作为所述发电机的输出端。滑块包括用于在绝缘摩擦介质层一上往复滑动摩擦的绝缘摩擦介质层二。本发明专利技术通过调节绝缘填充层的厚度改变主电极与参考电极之间的距离，以调节所述发电机的开路电压，实现超过10kV的超高电压输出，并应用于驱动电子器件及空气负离子发射，为推进基于摩擦纳米发电机的新型高压电源的研发提供新策略。纳米发电机的新型高压电源的研发提供新策略。纳米发电机的新型高压电源的研发提供新策略。

【技术实现步骤摘要】
一种单电极摩擦纳米发电机及其高压源系统与应用


[0001]本专利技术涉发电领域中的一种收集环境中的机械能并将其转换为高压电源的摩擦纳米发电机，尤其涉及一种具有高于10kV超高电压输出的单电极摩擦纳米发电机、采用所述单电极摩擦纳米发电机的高压源系统、所述单电极摩擦纳米发电机作为高压源在电子温湿度计中、或在LED灯阵列中、或在产生空气负离子中的应用。

技术介绍

[0002]高压电源可产生几千伏的超高输出，已广泛应用于科学、环保、工业和农业等多个领域。传统的高压电源需要通过复杂的能量转换过程，且输出电流非常大，不仅不利于便携，还存在严重的安全问题，这在一定程度上阻碍了传统高压电源的发展。因此，亟需研究一种操作简便、安全性能高的新型高压电源。
[0003]摩擦纳米发电机可将环境中的机械能转化为电能，是一种新型的清洁能源。摩擦纳米发电机具有高内阻的本征特性，因此能轻松产生千伏以上的高压。此外，摩擦纳米发电机还具有微安级的小电流特性，因此能极大地保证人员和仪器的安全。基于摩擦纳米发电机的高压电源具有便携、可控、安全、高效等优点，已被研究用于质谱分析、静电纺丝、产生等离子体和空气负离子等领域。目前，基于摩擦纳米发电机的高压电源是通过接触分离模式、滑动模式和独立式模式三种工作模式实现的，其应用受到布线问题的限制。单电极模式摩擦纳米发电机只需接地线就能完成电信号输出，具有布线简单的优点，但目前的单电极模式摩擦纳米发电机还难以实现超高压输出。因此开发基于单电极模式摩擦纳米发电机的高压电源能进一步简化基于摩擦纳米发电机的高压电源系统，为推进新型高压电源的研发提供新策略。

技术实现思路

[0004]为了解决目前单电极摩擦纳米发电机难以实现超高压输出的技术问题，本专利技术提供一种单电极摩擦纳米发电机、采用所述单电极摩擦纳米发电机的高压源系统、所述单电极摩擦纳米发电机作为高压源在电子温湿度计中、或在LED灯阵列中、或在产生空气负离子中的应用。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：一种单电极摩擦纳米发电机，其具有高于10kV的超高电压输出，该单电极摩擦纳米发电机包括定子和滑块。
[0006]所述定子包括参考电极、绝缘填充层、主电极、绝缘摩擦介质层一；绝缘填充层的一侧上安装参考电极，相对另一侧上平铺绝缘摩擦介质层一；主电极安装在绝缘填充层与绝缘摩擦介质层一之间，且；主电极与参考电极串联接地作为所述发电机的输出端。
[0007]所述滑块包括用于在绝缘摩擦介质层一上往复滑动摩擦的绝缘摩擦介质层二。
[0008]其中，通过调节绝缘填充层的厚度改变主电极与参考电极之间的距离，以调节所述发电机的开路电压。
[0009]和/或，通过改变两个绝缘摩擦介质层的摩擦介质材料来调节两个绝缘摩擦介质
层的表面电荷密度，以调节所述发电机的开路电压。
[0010]和/或，通过调节两个绝缘摩擦介质层之间的往复滑动摩擦频率改变所述发电机的输出频率。
[0011]和/或，通过调节两个绝缘摩擦介质层之间的压力来调节两个绝缘摩擦介质层的表面电荷密度，以调节所述发电机的开路电压。
[0012]作为上述方案的进一步改进，所述摩擦介质材料采用聚四氟乙烯、或聚酰亚胺薄膜、或全氟乙烯丙烯共聚物、或尼龙、或亚克力板。
[0013]作为上述方案的进一步改进，参考电极和主电极均采用导电布、金属材料、金属合金材料作为电极。
[0014]作为上述方案的进一步改进，所述厚度与相应的开路电压呈线性增加关系。
[0015]作为上述方案的进一步改进，所述表面电荷密度与相应的开路电压呈线性增加关系。
[0016]作为上述方案的进一步改进，所述定子还包括：
[0017]支撑层一，其安装在参考电极远离绝缘填充层的一侧上，用于支撑整个所述定子。
[0018]作为上述方案的进一步改进，所述滑块还包括：
[0019]支撑层二，其安装在绝缘摩擦介质层二远离绝缘摩擦介质层一的一侧上，用于支撑整个所述滑块。
[0020]作为上述方案的进一步改进，所述滑块还包括：
[0021]绝缘缓冲层，安装在绝缘摩擦介质层二远离绝缘摩擦介质层一的一侧上，用于提高绝缘摩擦介质层一与绝缘摩擦介质层二之间的接触效率。
[0022]本专利技术还提供一种高压源系统，其采用上述任意具有高于10kV超高电压输出的单电极摩擦纳米发电机。
[0023]本专利技术还提供一种上述任意具有高于10kV超高电压输出的单电极摩擦纳米发电机作为高压源在电子温湿度计中、或在LED灯阵列中、或在产生空气负离子中的应用。
[0024]与现有的单电极摩擦纳米发电机相比，本专利技术通过调节绝缘填充层的厚度改变主电极与参考电极之间的距离，以调节所述发电机的开路电压；还可以通过改变两个绝缘摩擦介质层的摩擦介质材料来调节两个绝缘摩擦介质层的表面电荷密度，以调节所述发电机的开路电压；还可以通过调节两个绝缘摩擦介质层之间的压力来调节两个绝缘摩擦介质层的表面电荷密度，以调节所述发电机的开路电压；还可以通过调节绝缘摩擦介质层一与绝缘摩擦介质层二之间的往复滑动摩擦频率改变所述发电机的输出频率。尤其是调节表面电荷密度和填充层厚度，本专利技术究了表面电荷密度和填充层厚度对单电极摩擦纳米发电机电压输出的影响，实现超过10kV的超高电压输出，并应用于驱动电子器件及空气负离子发射，为推进基于摩擦纳米发电机的新型高压电源的研发提供新策略。
附图说明
[0025]图1为本专利技术单电极摩擦纳米发电机的器件示意图。
[0026]图2为图1中的器件的实物展示图。
[0027]图3为图1中单电极摩擦纳米发电机的工作机理示意图。
[0028]图4为实施图1中单电极摩擦纳米发电机的其中一个发电机即实施例1的主电极和
参考电极之间的厚度示意图。
[0029]图5为图4中的单电极摩擦纳米发电机在不同厚度下开路电压的关系示意图。
[0030]图6为实施图1中单电极摩擦纳米发电机的其中另一个发电机即实施例2的摩擦介质材料优化示意图。
[0031]图7为图6中的单电极摩擦纳米发电机在不同摩擦介质材料下开路电压的关系示意图。
[0032]图8为实施图1中单电极摩擦纳米发电机的其中又一个发电机即实施例3不同压力下开路电压的关系示意图。
[0033]图9为实施图1中单电极摩擦纳米发电机的其中再一个发电机即实施例4不同频率下开路电压的关系示意图。
具体实施方式
[0034]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步地详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0035]请参阅图1，其为本专利技术单电极摩擦纳米发电机的器件示意图，图2为器件实物展示图。所述单电极摩擦纳米发电机具有高于10kV超高电压输出，主要包括定子和滑块。
[0036]定子包括参考电极1、绝缘填充层2、主电极3、绝缘摩擦介质层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单电极摩擦纳米发电机，其包括定子和滑块，其特征在于，所述单电极摩擦纳米发电机能够产生10kV级别的高压输出；其中，所述定子包括参考电极(1)、绝缘填充层(2)、主电极(3)、绝缘摩擦介质层一(4)；绝缘填充层(2)的一侧上安装参考电极(1)，相对另一侧上平铺绝缘摩擦介质层一(4)；主电极(3)安装在绝缘填充层(2)与绝缘摩擦介质层一(4)之间，且主电极(3)与参考电极(1)串联接地作为所述发电机的输出端；所述滑块包括用于在绝缘摩擦介质层一(4)上往复滑动摩擦的绝缘摩擦介质层二(5)。2.如权利要求1所述的单电极摩擦纳米发电机，其中，通过调节所述绝缘填充层(2)的厚度改变主电极(3)与参考电极(1)之间的距离，以调节所述发电机的开路电压；和/或，通过改变两个绝缘摩擦介质层的摩擦介质材料来调节两个绝缘摩擦介质层的表面电荷密度，以调节所述发电机的开路电压；所述表面电荷密度与相应的开路电压呈线性增加关系；和/或，通过调节两个绝缘摩擦介质层之间的往复滑动摩擦频率改变所述发电机的输出频率；和/或，通过调节两个绝缘摩擦介质层之间的压力来调节两个绝缘摩擦介质层的表面电荷密度，以调节所述发电机的开路电压。3.如权利要求2所述的单电极摩擦纳米发电机，其特征在于，所述摩擦介质材料采用聚四氟乙烯、或聚酰亚胺薄膜、或全氟乙烯丙烯共聚物、或尼龙、或...

【专利技术属性】
技术研发人员：周灵琳，王杰，刘佳琪，高毅奎，
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：