高功率纳米摩擦发电机制造技术

本实用新型专利技术提供了一种高功率纳米摩擦发电机。该纳米摩擦发电机包括：依次层叠设置的第一电极层，高分子聚合物层，以及摩擦电极层；高分子聚合物层的相对摩擦电极层的面上设有多个纳米孔；所述第一电极层和摩擦电极层为摩擦发电机的电压和电流输出电极。利用设有纳米孔的聚偏氟乙烯作为高分子聚合物层进行摩擦，摩擦效果好，电压和电流输出高，实现了摩擦发电机的高能量输出。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种摩擦发电机，尤其是涉及一种高功率纳米摩擦发电机。
技术介绍
随着现代生活水平不断提高，生活节奏不断加快，出现了应用方便、对环境依赖度低的自发电设备。现有的自发电设备通常利用材料的压电特性。例如2006年，美国佐治亚理工学院教授王中林等成功地在纳米尺度范围内将机械能转换成电能，研制出世界上最小的发电机-纳米发电机。纳米发电机的基本原理是:当纳米线(NWs)在外力下动态拉伸时，纳米线中生成压电电势，相应瞬变电流在两端流动以平衡费米能级。物体和物体之间相互进行摩擦，就会使一方带上负电，另一方带上正电，由于物体间摩擦产生的电叫摩擦电。摩擦电是自然界最常见的现象之一，但是因为很难收集利用而被忽略。如果能够将摩擦电应用到自发电设备中，势必会给人们的生活带来更多的便利。
技术实现思路
本技术解决的技术问题是:克服现有摩擦发电机输出能量不高的缺陷，提供了一种高功率纳米摩擦发电机，利用设有纳米孔的聚偏氟乙烯作为高分子聚合物层进行摩擦，摩擦效果好，电压和电流输出高，实现了摩擦发电机的高能量输出。为了解决上述技术问题，本技术提供的技术方案是，一种纳米摩擦发电机，包括依次层叠设置的第一电极层，高分子聚合物层，以及摩擦电极层；高分子聚合物层的相对摩擦电极层的面上设有多个纳米孔；所述第一电极层和摩擦电极层为摩擦发电机的电压和电流输出电极。前述的纳米摩擦发电 机，所述高分子聚合物层所用材料是聚偏氟乙烯(PVDF)。前述的纳米摩擦发电机，所述高分子聚合物层表面上设置的纳米孔宽度为IO-1OOnm,以及深度为 4-50 μ m。前述的纳米摩擦发电机，所述摩擦电极层所用材料选自金属或合金，厚度为0.05-0.2mm。前述的纳米摩擦发电机，所述摩擦电极层包括层叠设置的摩擦薄膜层和第二电极层，所述摩擦薄膜层相对高分子聚合物层设置。前述的纳米摩擦发电机，所述摩擦薄膜层所用材料是纤维薄膜或聚氯乙烯(PVC)。前述的纳米摩擦发电机，所述摩擦电极层或高分子聚合物层向外拱起形成凸面，使得摩擦电极层与高分子聚合物层之间形成间隙。前述的纳米摩擦发电机，所述第一电极层所用材料是金属或合金。本技术采用具有多个纳米孔的高分子聚合物层与摩擦电极层进行摩擦，摩擦效果好，实现了摩擦发电机的高能量输出。附图说明图1为本技术纳米摩擦发电机一种具体实施方式的立体示意图。图2为本技术图1纳米摩擦发电机的剖面示意图。图3为本技术纳米摩擦发电机另一种具体实施方式的立体示意图。图4为本技术图3纳米摩擦发电机的剖面示意图。图5为本技术生长有氧化锌纳米线的硅基底示意图。图6为本技术涂覆PVDF的硅基底示意图。图7为本技术基底分离示意图。图8为本技术纳米摩擦发电机又一种具体实施方式的立体示意图。图9为本技术图8纳米摩擦发电机的剖面示意图。图10为本技术纳米摩擦发电机再一种具体实施方式的立体示意图。图11为本技术图10纳米摩擦发电机的剖面示意图。具体实施方式为充分了解本技术之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本技术做详细说明。本技术是一种高功率纳米摩擦发电机，当本技术的摩擦发电机的各层向下弯曲时，摩擦发电机中的摩擦电极层与高分子聚合物层表面相互摩擦产生静电荷，静电荷的产生会使第一电极和摩擦电极层之间的电容发生改变，从而导致第一电极和摩擦电极层之间出现电势差。由于第一电极层和摩擦电极层之间电势差的存在，自由电子将通过外电路由电势低的一侧流向电势高的一侧，从而在外电路中形成电流。当本技术的摩擦发电机的各层恢复到原来状态时，这时形成在第一电极层和摩擦电极层之间的内电势消失，此时已平衡的第一电极层和摩擦电极层之间将再次产生反向的电势差，则自由电子通过外电路形成反向电流。通过反复摩擦和恢复，就可以在外电路中形成周期性的交流电信号。本专利技术采用具有多个纳米孔的高分子聚合物层与摩擦电极层进行摩擦，由于设置的纳米孔使得高分子聚合物层表面粗糙度增加，增加了摩擦电量；另外，每一个纳米孔相当于一个微型电容，能够起到存储电荷的作用，避免了摩擦电在瞬间释放，从而增加了第一电极层和摩擦电极层之间的电势差，电压和电流输出高，实现了摩擦发电机的高能量输出。如图1和2所示，本技术一种具体实施方式的高功率纳米摩擦发电机，包括依次层叠设置的第一电极层1，高分子聚合物层2，以及摩擦电极层3 ;高分子聚合物层2的相对摩擦电极层3的面上设有多个纳米孔4 ;其中，摩擦电极层3包括摩擦薄膜层31和第二电极层32，所述摩擦薄膜层31相对高分子聚合物层2设置。所述高分子聚合物绝缘层2与摩擦薄膜层31的相对表面接触摩擦，并在第一电极层I和第二电极层32处感应出电荷；所述第一电极层I和第二电极层32为摩擦发电机的电压和电流输出电极。第一电极层I和第二电极层32对所用材料没有特殊规定，能够形成导电层的材料都在本技术的保护范围之内，例如是铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜、金属或合金，其中金属是金、银、钼、钯、铝、镍、铜、钛、铬、锡、铁、锰、钥、钨或钒；合金是铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、猛合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、秘合金、铟合金、镓合金、钨合金、钥合金、铌合金或钽合金。本技术优选的第一电极层I和第二电极层32材料是铜或铝，厚度为0.05-0.2mm。在本实施方式中，高分子聚合物层2所用材料是聚偏氟乙烯(PVDF)，其厚度为0.5-1.2mm (优选1mm)，且其相对摩擦电极层3的面上设有多个纳米孔4。每个纳米孔4的尺寸，即宽度和深度，可以根据应用的需要进行选择，优选的纳米孔4的尺寸为:宽度为IO-1OOnm以及深度为4_50 μ m。这些多个纳米孔4可以均匀也可以不均匀的分布在摩擦电极层3的面上，优选纳米孔4均匀的分布在摩擦电极层3的面上，纳米孔4的数量可以根据需要的输出电流值和电压值进行调整，优选的这些多个纳米孔4是孔间距为2-30 μ m的均匀分布，更优选的平均孔间距为9 μ m的均匀分布。摩擦薄膜层31所用材料可以是纤维薄膜(纸)或聚氯乙烯(PVC)等，厚度为0.2-1.5_。摩擦薄膜层31所用材料优选铜版纸或牛皮纸等，市售的各种规格的铜版纸或牛皮纸均可应用于本技术，更优选的是规格100-250g/m2的铜版纸和规格80 120g/m2的牛皮纸。采用纤维薄膜(纸)作为摩擦薄膜层31，使得整个摩擦发电机的成本得到了极大的降低。根据专利技术人的研究发现，要提高纳米摩擦发电机的能量输出，相互接触的摩擦层的两种材料的配对是一种非常重要的影响因素。例如，纸与聚偏氟乙烯薄膜(PVDF)摩擦时，输出的功率和电压高。如图3和4所示，本技术另一种具体实施方式的高功率纳米摩擦发电机，包括依次层叠设置的第一电极层1，高分子聚合物层2，以及摩擦电极层3 ;高分子聚合物层2的相对摩擦电极层3的面上设有多个纳米孔4。所述高分子聚合物绝缘层2与摩擦电极层3的相对表面接触摩擦，并在第一电极层I和摩擦电极层3处感应出电荷；所述第一电极层I和摩擦电极层3为摩擦发电机的电压和电流输出电极。第一电极层I对所用材料没有特殊规定，能够形成导电层的材料都在本技术的保护范围之内，例如是铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜、金属或合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米摩擦发电机，其特征在于，该纳米摩擦发电机包括：依次层叠设置的第一电极层，高分子聚合物层，以及摩擦电极层；高分子聚合物层的相对摩擦电极层的面上设有多个纳米孔；所述第一电极层和摩擦电极层为摩擦发电机的电压和电流输出电极。

【技术特征摘要】
1.一种纳米摩擦发电机，其特征在于，该纳米摩擦发电机包括:依次层叠设置的第一电极层，高分子聚合物层，以及摩擦电极层；高分子聚合物层的相对摩擦电极层的面上设有多个纳米孔；所述第一电极层和摩擦电极层为摩擦发电机的电压和电流输出电极。2.根据权利要求1所述的纳米摩擦发电机，其特征在于，所述高分子聚合物层所用材料是聚偏氟乙烯。3.根据权利要求2所述的纳米摩擦发电机，其特征在于，所述高分子聚合物层表面上设置的纳米孔宽度为IO-1OOnm以及深度为4_50 μ m。4.根据权利要求1-3任一项所述的纳米摩擦发电机，其特征在于，所述摩擦电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：李泽堂，王珊，刘红阁，安溪娟，王中林，徐传毅，
申请(专利权)人：纳米新能源唐山有限责任公司，
类型：新型
国别省市：河北;13