本发明专利技术公开了一种柔性发电装置，包括：由高分子聚合物绝缘层和沉积在该高分子聚合物绝缘层上表面的第一金属导电层共同组成的第一组件，以及由柔性基底和沉积在该柔性基底上表面的第二金属导电层共同组成，其中第一、第二金属导电层的边缘分别形成有第一和第二电极，所述第一、第二组件通过封装工艺在其外侧边缘予以联接，并且高分子聚合物绝缘层的下表面与第二金属导电层的上表面之间相互对置并具备一定间隙。本发明专利技术还公开了相应的制造方法。本发明专利技术中通过对用于产生电流的功能元件的材料和工作原理、配套结构及其制造工艺等方面进行改进，相应可获得结构紧凑、低成本、便于加工制造并且具备更高功率输出的发电装置。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机械能转化为电能的发电
，更具体地，涉及一种具备高电能输出并且结构紧凑、便于加工制造的柔性发电装置及其制造方法。
技术介绍
近年来，能源危机愈演愈烈，环保节能的意识已经深入人心，如何充分有效地利用能源及收集能源正成为一个重要的课题。除了常规的火力、风力发电技术之外，对其他发电技术，如光辐射直接转变为电能、应用流体的离子化将热能，特别是直接将动能转变为电能等新技术正获得日益关注。此外，随着现代化制造技术的发展，个人电子产品向着柔性、微 型、低功耗、多功能一体化方向的发展成为了一种趋势。这种低功耗的个人电子产品的问世使得通过收集环境中的能量并直接为其供能变得现实可行。在日常生活中存在着大量机械能，如轮胎等工具的转动、人体自身的运动，海浪、空气运动等广生的机械能等。因此，环境中的机械能是一个非常有潜力的能源来源，如果能有效收集环境中的机械能并将其转化成电能，这部分能量足以驱动许多低功耗的个人电子产品。相应地，能够将环境中的机械能有效转换成电能的柔性发电装置已经问世。传统的柔性发电装置主要是基于压电效应而制作的柔性发电机。例如，已经开发出了一种基于氧化锌、聚四氟乙烯、锆钛酸铅等一维纳米材料的压电效应并呈现多种形式的柔性纳米发电机。但是，此类发电机的制作工艺相当复杂，成本高昂，因此不利于大规模工业生产和推广使用。而且，该压电发电机的输出功率普遍较低，大部分处在微瓦每平方厘米级别，输出电流一般为数微安，输出电压只有几伏，因此并不足以驱动多种类型的个人电子产品。为了开发出更加简单、廉价和高效的柔性发电机，日常生活中普遍存在的摩擦生电效应得到了关注。美国乔治亚理工大学的王中林教授课题组研究开发出了一种基于摩擦生电效应的柔性摩擦发电机，其利用在摩擦带电效应序列中处于不同位置的两种绝缘聚合物材料之间的摩擦,可成功获得电能,并通过改变材料的表面形貌来进一步提高发电机的性能。这种柔性摩擦发电机由于具备较好的可加工型和耐用性，可应用于譬如触摸屏之类的自驱动系统，或是用作自驱动压力传感器之类的装置。然而，这种基于绝缘体之间的摩擦生电效应的柔性摩擦发电机的输出功率仍然不够高，测试表明其最大输出功率密度为2. 34μΙ/αιι2，输出电流O. 13 μ A/cm2,电压为18V，因此仍然不足以直接驱动许多种类的个人电子产品。相应地，本领域中存在着对柔性发电装置的结构及工作原理做出进一步改进，以便获得更高功率输出的新型柔性发电机的技术需求。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷和技术需求，本专利技术的目的在于提供，其通过对用于产生电流的功能元件的材料和工作原理、配套结构及其制造工艺等方面进行改进，相应可获得结构紧凑、低成本、便于加工制造并且具备更高功率输出的发电装置。按照本专利技术的一个方面，提供了一种柔性发电装置，该柔性发电装置包括第一组件，该第一组件由高分子聚合物绝缘层和沉积在该高分子聚合物绝缘层上表面的第一金 属导电层共同组成，并且所述第一金属导电层的边缘形成有第一电极；第二组件，该第二组件由柔性基底和沉积在该柔性基底上表面的第二金属导电层共同组成，并且所述第二金属导电层的边缘形成有第二电极，其中所述第一、第二组件通过封装工艺在其外侧边缘予以联接，并且所述高分子聚合物绝缘层的下表面与所述第二金属导电层的上表面之间相互对置并具备一定间隙。通过以上构思，当使用该柔性发电装置时，通过从第一、第二电极引线连通并按压第一和第二组件使其高分子聚合物绝缘层与第二金属导电层之间的间隙发生改变，在此弯曲和恢复的过程中，电容也会随着发生变化，并导致电子在电极两端的外部电路中来回振荡，进而形成为交流电流。尤其是，通过较多的试验测试表明，当将按照本专利技术的单个柔性发电装置与譬如50个的商用LED串联时，电输出可达到130V的峰值电压，输出电流33微安，输出功率的峰值密度为O. 7晕瓦/平方厘米,其与现有技术相比,大幅度提闻了输出功率，并能够直接用于驱动多种低功率的电子产品；此外，该柔性发电装置整体采用柔性材料制成，可以折叠弯曲，便于加工，发电稳定性好，因此适用于在柔性电子学以及其他个人、日常生活等各种场合的广泛应用。作为进一步优选地，所述高分子聚合物绝缘层由选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯这些材料中的一种构成，所述第二金属导电层由金、银、铜、铝等材料构成。通过以上对高分子聚合物绝缘层的具体材质的选择，其在具备良好的耐热性、耐溶剂性以及便于折叠弯曲和沉积加工的同时，还能够在与第二金属导电层之间的间隙发生改变并导致电子在电极两端来回振荡的过程中更好地吸附大量电荷，由此便于形成更大输出功率的交流电流；此外，通过将用于形成第二金属导电层的材质限定为金、银、铜、铝等材料，大量的对比测试结果表明，其能够与以上材质的高分子聚合物绝缘层很好地配合工作，通过简单的按压动作即可产生与现有技术相比更高的输出功率，并可直接为多种电子产品供能及使用。作为进一步优选地，所述高分子聚合物绝缘层的下表面加工形成有多个微纳米的凹凸结构。通过在高分子聚合物绝缘层的下表面加工形成有多个微纳米的凹凸结构，可以进一步增加其表面积并提闻其吸附电荷的能力，相应地，当这种具有微纳米凹凸结构的闻分子聚合物绝缘层与第二金属导电层之间的间隙发生改变时，其能量输出效率会大幅度提高，由此进一步扩大柔性发电装置的适用范围。作为进一步优选地，形成在高分子聚合物绝缘层下表面的所述凹凸结构的平均尺寸为10(Γ400纳米。通过将形成在高分子聚合物绝缘层下表面的凹凸结构的尺寸做出以上具体限定，较多的对比测试表明，其一方面能够吸附更多的电荷，并确保柔性发电装置具备符合大多数实际运用场合需求的电能输出效率，另一方面便于以常规方式进行加工，并适于大批量流水线的制造过程。作为进一步优选地，所述柔性基底由柔性高分子聚合物、纸质或纤维材料构成，所述第一金属导电层由铜、铝或者氧化铟锡等材料构成。通过将柔性基底的具体材质做成以上限定，加工原料丰富并且能够方便地获得，相应可降低生产成本，同时便于其沉积材料的加工制造，提高加工效率；此外，通过选择采用铜、铝或者氧化铟锡等材料来构成第一金属导电层，其能够较好地执行对所形成交流电的电压和电流输出，同时在按照本专利技术的柔性发电装置与其他元件较好地配合，并实现大输出功率的交流电流。按照本专利技术的另一方面，还提供了相应的制造方法，该制造方法包括(a)第一组件的制备步骤将选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯这些材料中的一种的柔性高分子聚合物切割成所需尺寸的片状结构，使用去离子水和酒精清洗处理后用氮气吹干，然后通过磁控溅射或蒸镀法在该片状结构的上表面 上沉积形成第一金属导电层，该第一金属导电层的边缘被加工形成第一电极并做引线处理；(b)第二组件的制备步骤将由柔性聚合物高分子、纸质或纤维材料构成的柔性基底切割成所需尺寸的片状结构，使用去离子水和酒精清洗处理后用氮气吹干，然后通过磁控溅射或蒸镀法在该片状结构的上表面上沉积形成第二金属导电层，该第二金属导电层的边缘被加工形成第二电极并做引线处理；(c)柔性发电装置的封装步骤将通过步骤(a)、(b)所制得的第一和第二组件通过封装工艺在其外侧边缘予以联接，并本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种柔性发电装置，其特征在于，该柔性发电装置包括：第一组件，该第一组件由高分子聚合物绝缘层和沉积在该高分子聚合物绝缘层上表面的第一金属导电层共同组成，并且所述第一金属导电层的边缘形成有第一电极；第二组件，该第二组件由柔性基底和沉积在该柔性基底上表面的第二金属导电层共同组成，并且所述第二金属导电层的边缘形成有第二电极，其中：所述第一、第二组件通过封装工艺在其外侧边缘予以联接，并且所述高分子聚合物绝缘层的下表面与所述第二金属导电层的上表面之间相互对置并具备一定间隙。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周军，钟俊文，钟其泽，王中林，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。