發(fā)光鞋的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種發(fā)光鞋，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的發(fā)光鞋需要頻繁更換電池、且沒有對走路產(chǎn)生的機(jī)械能加以利用的問題。該發(fā)光鞋包括：設(shè)置在所述發(fā)光鞋的鞋底部位的納米摩擦發(fā)電機(jī)，用于將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；與所述納米摩擦發(fā)電機(jī)相連的降壓變壓器，用于對納米摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能進(jìn)行降壓處理；以及與所述降壓變壓器相連的發(fā)光器件。
【專利說明】發(fā)光鞋【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電路領(lǐng)域，特別涉及一種發(fā)光鞋。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的發(fā)展，發(fā)光鞋作為一種趣味性很強(qiáng)的高科技產(chǎn)品已經(jīng)逐漸走進(jìn)人們的生活。尤其是很多兒童發(fā)光鞋的出現(xiàn)，不僅為他們帶來了很強(qiáng)的趣味性，而且發(fā)光鞋能在夜間為兒童引路，使兒童及時(shí)發(fā)現(xiàn)周邊環(huán)境的變化，從而主動地對危險(xiǎn)情況做出防范；同時(shí)，在黑暗中，發(fā)光鞋能夠被車輛駕駛者及時(shí)發(fā)現(xiàn)，從而避免車禍的發(fā)生。
[0003]雖然發(fā)光鞋有很多的優(yōu)點(diǎn)，但是，目前大多數(shù)的發(fā)光鞋一般采用電池進(jìn)行供電，電池用完后就不能繼續(xù)發(fā)光，對發(fā)光鞋的持續(xù)發(fā)光時(shí)間造成了很大的限制，而且，頻繁更換電池既費(fèi)時(shí)又麻煩。
[0004]另外，平時(shí)在走路的過程中，腳掌通過鞋子對路面產(chǎn)生壓力，從而產(chǎn)生機(jī)械能。一個(gè)成年人在走路的過程中通過鞋子所產(chǎn)生的機(jī)械能是非?？捎^的(例如，可產(chǎn)生60瓦的能量)，但是，目前的發(fā)光鞋并沒有將這部分機(jī)械能利用起來，使其白白浪費(fèi)掉了。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種發(fā)光鞋，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的發(fā)光鞋需要頻繁更換電池、且沒有對走路產(chǎn)生的機(jī)械能加以利用的問題。
[0006]一種發(fā)光鞋，包括:設(shè)置在所述發(fā)光鞋的鞋底部位的納米摩擦發(fā)電機(jī)，用于將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；與所述納米摩擦發(fā)電機(jī)相連的降壓變壓器，用于對納米摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能進(jìn)行降壓處理；以及與所述降壓變壓器相連的發(fā)光器件。
[0007]本發(fā)明實(shí)施例中，通過納米摩擦發(fā)電機(jī)將走路時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，由于納米摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能通常電壓較高，因此，通過降壓變壓器進(jìn)行降壓處理后可以實(shí)現(xiàn)對發(fā)光鞋上的發(fā)光器件的供電，以達(dá)到發(fā)光的效果。本發(fā)明實(shí)施例中，對走路時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械能進(jìn)行了合理的利用，而且，不需要設(shè)置電池，省去了電池電量耗盡導(dǎo)致發(fā)光器件無法發(fā)光，繼而更換電池的煩惱。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的發(fā)光鞋的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2a示出了本發(fā)明實(shí)施例中的發(fā)光鞋內(nèi)部的多個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)平鋪設(shè)置時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2b示出了本發(fā)明實(shí)施例中的發(fā)光鞋內(nèi)部的多個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)層疊設(shè)置時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的發(fā)光鞋的內(nèi)部電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖4示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的發(fā)光鞋在圖3中的電路結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加交直流轉(zhuǎn)換器之后的結(jié)構(gòu)示意圖；[0013]圖5示出了圖4所示的電路結(jié)構(gòu)的改進(jìn)結(jié)構(gòu)；
[0014]圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的發(fā)光鞋內(nèi)部的納米摩擦發(fā)電機(jī)一種【具體實(shí)施方式】的立體示意圖；
[0015]圖7為本發(fā)明圖6納米摩擦發(fā)電機(jī)的剖面示意圖；
[0016]圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的發(fā)光鞋內(nèi)部的納米摩擦發(fā)電機(jī)另一種【具體實(shí)施方式】的立體示意圖；
[0017]圖9為本發(fā)明圖8納米摩擦發(fā)電機(jī)的剖面示意圖；
[0018]圖10為本發(fā)明生長有氧化鋅納米線的硅基底示意圖；
[0019]圖11為本發(fā)明涂覆PVDF的硅基底示意圖；
[0020]圖12為本發(fā)明基底分離示意圖；
[0021]圖13為本發(fā)明實(shí)施例提供的發(fā)光鞋內(nèi)部的納米摩擦發(fā)電機(jī)又一種【具體實(shí)施方式】的立體示意圖；
[0022]圖14為本發(fā)明圖14納米摩擦發(fā)電機(jī)的剖面示意圖；
[0023]圖15為本發(fā)明實(shí)施例提供的發(fā)光鞋內(nèi)部的納米摩擦發(fā)電機(jī)再一種【具體實(shí)施方式】的立體示意圖；
[0024]圖16為本發(fā)明圖15的納米摩擦發(fā)電機(jī)的剖面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為充分了解本發(fā)明之目的、特征及功效，借由下述具體的實(shí)施方式，對本發(fā)明做詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不僅僅限于此。
[0026]本發(fā)明提供了一種發(fā)光鞋，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的發(fā)光鞋需要頻繁更換電池、且沒有對走路產(chǎn)生的機(jī)械能加以利用的問題。
[0027]圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的發(fā)光鞋的整體結(jié)構(gòu)示意圖，包括:設(shè)置在所述發(fā)光鞋的鞋底部位的納米摩擦發(fā)電機(jī)61，用于將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；與所述納米摩擦發(fā)電機(jī)61相連的降壓變壓器62，用于對納米摩擦發(fā)電機(jī)61產(chǎn)生的電能進(jìn)行降壓處理；以及與所述降壓變壓器62相連的發(fā)光器件(圖中未示出)。
[0028]下面先介紹一下圖1中各個(gè)部分的位置關(guān)系:具體地，上述發(fā)光器件的位置可以根據(jù)需要進(jìn)行靈活設(shè)計(jì)，例如，可以將發(fā)光器件設(shè)置在發(fā)光鞋的鞋底外側(cè)、鞋幫側(cè)面，鞋子前端或后端等。發(fā)光器件的數(shù)量可以是一個(gè)或多個(gè)，當(dāng)發(fā)光器件為多個(gè)時(shí)，多個(gè)發(fā)光器件之間可以串聯(lián)也可以并聯(lián)，串聯(lián)連接的電路比較簡單，能保障通過LED的電流的恒定性，從而使LED的亮度比較統(tǒng)一；并聯(lián)連接的電路可靠性較高，具體設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)需要選擇合適的連接方式。本發(fā)明實(shí)施例中對發(fā)光器件的類型不做限定，只要能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)光功能即可，例如，可以選用普通LED發(fā)光二極管、高亮度LED發(fā)光二極管、超高亮度LED發(fā)光二極管等發(fā)光元件。
[0029]下面再介紹一下納米摩擦發(fā)電機(jī)和降壓變壓器的位置關(guān)系。為了便于放置納米摩擦發(fā)電機(jī)和降壓變壓器，可以在鞋底內(nèi)部設(shè)置一個(gè)或多個(gè)空腔，將納米摩擦發(fā)電機(jī)和降壓變壓器放入空腔內(nèi)。在圖1所示的發(fā)光鞋中，分別在鞋底的腳掌和腳底部位放置了兩處納米摩擦發(fā)電機(jī)，由于在走路時(shí)，腳掌和腳底部位與地面的接觸更加充分，因此，這樣的設(shè)置方式能夠提高發(fā)電效率。另外，在圖1中，將降壓變壓器設(shè)置在了鞋底的腳心部位，由于足弓的存在，導(dǎo)致腳心部位與地面之間往往會有少許空隙，因此，將降壓變壓器設(shè)置在腳心部位，可以在走路時(shí)將降壓變壓器對穿著者的影響降到最低。
[0030]圖1所示的納米摩擦發(fā)電機(jī)和降壓變壓器的位置只是示意性的，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以根據(jù)實(shí)際需要，將納米摩擦發(fā)電機(jī)和降壓變壓器設(shè)置在發(fā)光鞋的其他位置上。
[0031]另外，為了提高發(fā)電效率，該發(fā)光鞋中的納米摩擦發(fā)電機(jī)的數(shù)量可以為多個(gè)，多個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)通過串聯(lián)或并聯(lián)方式連接，以增大輸出的電流或電壓。具體地，當(dāng)納米摩擦發(fā)電機(jī)的數(shù)量為多個(gè)時(shí)，多個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)可以通過平鋪方式設(shè)置，也可以通過層疊方式設(shè)置。
[0032]當(dāng)多個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)通過平鋪方式設(shè)置時(shí)，如圖2a所示。在圖2a中，多個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)中的每一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)所占用的面積比較小，因而可以在同一水平面內(nèi)以平鋪方式設(shè)置多個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)，例如，在圖2a中，在腳底部位設(shè)置了九個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)，這九個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)分為三行三列進(jìn)行設(shè)置。采用平鋪方式進(jìn)行設(shè)置時(shí)，由于多個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)均位于同一水平面內(nèi)，不會顯著增加鞋底的厚度，因此，發(fā)光鞋的厚度與普通鞋相差不大，更加適合一般用戶的需求。
[0033]當(dāng)多個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)通過層疊方式設(shè)置時(shí)，如圖2b所示。在圖2b中，多個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)中的每一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)所占用的面積相同。并且，與圖2b中的方式相比，圖2b中的每個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)所占用的面積通常較大，且各個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)層疊設(shè)置，即不同層的納米摩擦發(fā)電機(jī)位于同一豎直方向上，但分別處于不同的水平面內(nèi)。采用層疊方式進(jìn)行設(shè)置時(shí)，由于多個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)均位于同一豎直方向上，會顯著增加鞋底的厚度，因此，發(fā)光鞋的厚度與普通鞋相比通常更厚，適合于特殊用戶(例如喜歡穿厚底鞋的用戶)的需求。另外，當(dāng)多個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)通過層疊方式設(shè)置時(shí)，為了避免各個(gè)發(fā)電機(jī)之間相互影響，還可以在兩層發(fā)電機(jī)之間設(shè)置能起到支撐作用的絕緣支撐層。
[0034]介紹完圖1中各個(gè)部分的位置關(guān)系之后，接下來介紹一下圖1內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)。如圖3所示，圖1所示的發(fā)光鞋的內(nèi)部電路包括納米摩擦發(fā)電機(jī)61、降壓變壓器62以及發(fā)光器件63。其中，納米摩擦發(fā)電機(jī)61為高功率的納米摩擦發(fā)電機(jī)，關(guān)于該高功率的納米摩擦發(fā)電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)將在后面單獨(dú)進(jìn)行詳細(xì)地描述。降壓變壓器62的輸入端與納米摩擦發(fā)電機(jī)61的輸出端相連，用于對納米摩擦發(fā)電機(jī)61產(chǎn)生的電能進(jìn)行降壓處理，由于納米摩擦發(fā)電機(jī)61為高功率的納米摩擦發(fā)電機(jī)，因此，產(chǎn)生的電能的電壓通常比較高，因此，需要由降壓變壓器62進(jìn)行降壓。降壓變壓器62的輸出端與發(fā)光器件63相連，用于將降壓處理后的交流電信號提供給發(fā)光器件63，使得發(fā)光器件實(shí)現(xiàn)發(fā)光的效果。
[0035]通過圖3所示的電路結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)對發(fā)光器件的供電，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)發(fā)光照明的效果。但是，由于圖3中的降壓變壓器輸出的電信號為交流電信號，因此，當(dāng)該交流電信號的頻率較低時(shí)，通常會導(dǎo)致發(fā)光器件時(shí)亮?xí)r滅，從而出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。
[0036]在某些特殊情況下，發(fā)光器件的閃爍現(xiàn)象恰好可以滿足用戶的需求，例如，當(dāng)該發(fā)光鞋主要用于增加兒童走路時(shí)的趣味性時(shí)，發(fā)光器件的閃爍效果恰好可以達(dá)到娛樂目的?；蛘撸?dāng)該發(fā)光鞋主要用于使行人走夜路時(shí)能更容易地被車輛駕駛者辨別出來從而避免車禍時(shí)，發(fā)光器件的閃爍效果恰好可以達(dá)到醒目的功能。
[0037]但是，在其他的一些情況下，例如，發(fā)光鞋主要用于照明時(shí)，發(fā)光器件的閃爍現(xiàn)象可能會影響到照明效果。對此，可以在發(fā)光器件內(nèi)部設(shè)置整流電路，以達(dá)到交直流轉(zhuǎn)換的目的，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)光器件的持續(xù)照明?；蛘?，也可以在發(fā)光鞋內(nèi)部額外設(shè)置一個(gè)交直流轉(zhuǎn)換器，用以實(shí)現(xiàn)交直流轉(zhuǎn)換的目的。
[0038]圖4示出了在圖3中的電路結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加交直流轉(zhuǎn)換器之后的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，交直流轉(zhuǎn)換器64連接在所述降壓變壓器62和所述發(fā)光器件63之間，用于將降壓變壓器62降壓處理后的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，供發(fā)光器件63發(fā)光。其中，交直流轉(zhuǎn)換器64進(jìn)一步包括:整流電路641、濾波電路642以及穩(wěn)壓電路643。其中，整流電路641用于對降壓變壓器62輸出的交流電能進(jìn)行整流，從而把大小和方向都隨時(shí)間變化的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榉较虿浑S時(shí)間變化，大小隨時(shí)間變化的單相脈動直流電。濾波電路642，用于將整流電路641輸出的單相脈動直流電中剩余的交流分量濾除，從而得到相對比較穩(wěn)定的直流電。穩(wěn)壓電路643，用于對濾波電路642輸出的比較穩(wěn)定的直流電進(jìn)一步進(jìn)行穩(wěn)壓處理，得到恒定的電壓信號，并將該恒定的電壓信號提供給發(fā)光器件。具體地，整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路的具體電路器件和參數(shù)可根據(jù)需要進(jìn)行靈活地設(shè)計(jì)。
[0039]當(dāng)發(fā)光鞋采用圖4所示的電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)時(shí)，由于增加了交直流轉(zhuǎn)換器，可以將納米摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)化為直流電，從而使得納米摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能得到了更加高效的利用，且避免了因納米摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電信號頻率較低而導(dǎo)致的發(fā)光器件閃爍現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了發(fā)光器件在一段時(shí)間內(nèi)的持續(xù)照明，改善了夜間的照明效果。
[0040]雖然圖4所示的電路結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)光器件在一段時(shí)間內(nèi)的持續(xù)照明的效果，且避免了發(fā)光器件的閃爍現(xiàn)象。但是，在圖4所示的電路結(jié)構(gòu)中，并沒有對納米摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能進(jìn)行存儲，因而只能在用戶走動時(shí)通過納米摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能的情況下才可以實(shí)現(xiàn)照明，一旦用戶停止走動，靜止下來之后，由于納米摩擦發(fā)電機(jī)無法產(chǎn)生電能或產(chǎn)生的電能很小，將導(dǎo)致發(fā)光器件無法點(diǎn)亮。反過來，在圖4所示的電路結(jié)構(gòu)中，如果用戶在白天的一些正式場合中不希望發(fā)光器件照明時(shí)，也無法主動地對發(fā)光器件進(jìn)行控制，只要用戶一走路就會點(diǎn)亮發(fā)光器件，從而為用戶帶來了不便。
[0041]為了解決上述問題，圖5示出了圖4所示的電路結(jié)構(gòu)的改進(jìn)結(jié)構(gòu)。如圖5所示,在交直流轉(zhuǎn)換器64和發(fā)光器件63之間，進(jìn)一步連接有儲能元件65和控制開關(guān)66。其中，儲能兀件65的輸入端與交直流轉(zhuǎn)換器64的輸出端相連,儲能兀件65的輸出端與控制開關(guān)66相連，控制開關(guān)66還與發(fā)光器件63相連。
[0042]上述的儲能元件65可以靈活選用鋰電池、鎳氫電池、超級電容等元件實(shí)現(xiàn)，只要能夠?qū)崿F(xiàn)儲存電能的目的即可。本發(fā)明實(shí)施例中對控制開關(guān)66的具體形式不做限定，只要能夠?qū)崿F(xiàn)控制電路通斷，從而實(shí)現(xiàn)控制發(fā)光器件亮滅的效果即可。例如，控制開關(guān)66可以是下述開關(guān)中的一種:彈簧開關(guān)、按鈕開關(guān)、震動開關(guān)和聲控開關(guān)。
[0043]當(dāng)發(fā)光鞋采用圖5所示的電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)時(shí)，由于增加了儲能元件和控制開關(guān)，因此，可以對納米摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能進(jìn)行存儲，這樣，在用戶沒有走動時(shí)也可以通過儲能元件中存儲的電能實(shí)現(xiàn)對發(fā)光器件的供電，滿足了用戶在靜止情況下的照明需要(例如可以觀察路況)。另外，控制開關(guān)可以控制發(fā)光器件的亮滅，使得用戶在不希望發(fā)光器件發(fā)光的情況下可以關(guān)閉發(fā)光器件。因此，當(dāng)發(fā)光鞋采用圖5所示的電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以充分滿足用戶的各種需求，為用戶提供了很大的便利。
[0044]除了在圖5所示的電路結(jié)構(gòu)中可以設(shè)置控制開關(guān)之外，也可以在圖3和圖4所示的電路結(jié)構(gòu)中設(shè)置控制開關(guān)，以便在不需要發(fā)光器件發(fā)光時(shí)能夠?qū)⑵潢P(guān)閉。[0045]在本發(fā)明實(shí)施例提供的發(fā)光鞋中，納米摩擦發(fā)電機(jī)是最核心的部件，正是由于本實(shí)施例中的納米摩擦發(fā)電機(jī)采用了高功率的納米摩擦發(fā)電機(jī)，才得以實(shí)現(xiàn)對發(fā)光器件的供電。
[0046]下面詳細(xì)介紹一下本發(fā)明實(shí)施例提供的發(fā)光鞋中的納米摩擦發(fā)電機(jī)61的具體結(jié)構(gòu)。
[0047]本發(fā)明實(shí)施例提供的發(fā)光鞋中的納米摩擦發(fā)電機(jī)61是一種高功率納米摩擦發(fā)電機(jī)，當(dāng)該摩擦發(fā)電機(jī)的各層向下彎曲時(shí)，摩擦發(fā)電機(jī)中的摩擦電極層與高分子聚合物層表面相互摩擦產(chǎn)生靜電荷，靜電荷的產(chǎn)生會使第一電極和摩擦電極層之間的電容發(fā)生改變，從而導(dǎo)致第一電極和摩擦電極層之間出現(xiàn)電勢差。由于第一電極層和摩擦電極層之間電勢差的存在，自由電子將通過外電路由電勢低的一側(cè)流向電勢高的一側(cè)，從而在外電路中形成電流。當(dāng)該摩擦發(fā)電機(jī)的各層恢復(fù)到原來狀態(tài)時(shí)，這時(shí)形成在第一電極層和摩擦電極層之間的內(nèi)電勢消失，此時(shí)已平衡的第一電極層和摩擦電極層之間將再次產(chǎn)生反向的電勢差，則自由電子通過外電路形成反向電流。通過反復(fù)摩擦和恢復(fù)，就可以在外電路中形成周期性的交流電信號。
[0048]本發(fā)明的發(fā)光鞋中的納米摩擦發(fā)電機(jī)采用具有多個(gè)納米孔的高分子聚合物層與摩擦電極層進(jìn)行摩擦，由于設(shè)置的納米孔使得高分子聚合物層表面粗糙度增加，增加了摩擦電量；另外，每一個(gè)納米孔相當(dāng)于一個(gè)微型電容，能夠起到存儲電荷的作用，避免了摩擦電在瞬間釋放，從而增加了第一電極層和摩擦電極層之間的電勢差，電壓和電流輸出高，實(shí)現(xiàn)了摩擦發(fā)電機(jī)的高能量輸出。
[0049]如圖6和7所示，本發(fā)明一種【具體實(shí)施方式】的高功率納米摩擦發(fā)電機(jī)，包括依次層疊設(shè)置的第一電極層1，高分子聚合物層2，以及摩擦電極層3 ;高分子聚合物層2的相對摩擦電極層3的面上設(shè)有多個(gè)納米孔4 ;其中，摩擦電極層3包括摩擦薄膜層31和第二電極層32，所述摩擦薄膜層31相對高分子聚合物層2設(shè)置。所述高分子聚合物絕緣層2與摩擦薄膜層31的相對表面接觸摩擦，并在第一電極層I和第二電極層32處感應(yīng)出電荷；所述第一電極層I和第二電極層32為摩擦發(fā)電機(jī)的電壓和電流輸出電極，即摩擦發(fā)電機(jī)的輸出端。
[0050]第一電極層I和第二電極層32對所用材料沒有特殊規(guī)定，能夠形成導(dǎo)電層的材料都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，例如是銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線膜、金屬或合金，其中金屬是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、錫、鐵、錳、鑰、鎢或釩；合金是鋁合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鎢合金、鑰合金、鈮合金或鉭合金。本發(fā)明優(yōu)選的第一電極層I和第二電極層32材料是銅或鋁，厚度為0.05-0.2mm。
[0051]在本實(shí)施方式中，高分子聚合物層2所用材料是聚偏氟乙烯(PVDF)，其厚度為
0.5-1.2mm (優(yōu)選1mm)，且其相對摩擦電極層3的面上設(shè)有多個(gè)納米孔4。每個(gè)納米孔4的尺寸，即寬度和深度，可以根據(jù)應(yīng)用的需要進(jìn)行選擇，優(yōu)選的納米孔4的尺寸為:寬度為IO-1OOnm以及深度為4_50 μ m。這些多個(gè)納米孔4可以均勻也可以不均勻的分布在摩擦電極層3的面上，優(yōu)選納米孔4均勻的分布在摩擦電極層3的面上，納米孔4的數(shù)量可以根據(jù)需要的輸出電流值和電壓值進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)選的這些多個(gè)納米孔4是孔間距為2-30 μ m的均勻分布，更優(yōu)選的平均孔間距為9 μ m的均勻分布。
[0052]摩擦薄膜層31所用材料可以是纖維薄膜(紙)或聚氯乙烯(PVC)等，厚度為0.2-1.5_。摩擦薄膜層31所用材料優(yōu)選銅版紙或牛皮紙等，市售的各種規(guī)格的銅版紙或牛皮紙均可應(yīng)用于本發(fā)明，更優(yōu)選的是規(guī)格100-250g/m2的銅版紙和規(guī)格80?120g/m2的牛皮紙。采用纖維薄膜(紙)作為摩擦薄膜層31，使得整個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)的成本得到了極大的降低。
[0053]根據(jù)發(fā)明人的研究發(fā)現(xiàn)，要提高納米摩擦發(fā)電機(jī)的能量輸出，相互接觸的摩擦層的兩種材料的配對是一種非常重要的影響因素。例如，紙與聚偏氟乙烯薄膜(PVDF)摩擦?xí)r，輸出的功率和電壓高。
[0054]如圖8和9所示，本發(fā)明另一種【具體實(shí)施方式】的高功率納米摩擦發(fā)電機(jī)，包括依次層疊設(shè)置的第一電極層1，高分子聚合物層2，以及摩擦電極層3 ;高分子聚合物層2的相對摩擦電極層3的面上設(shè)有多個(gè)納米孔4。所述高分子聚合物絕緣層2與摩擦電極層3的相對表面接觸摩擦，并在第一電極層I和摩擦電極層3處感應(yīng)出電荷；所述第一電極層I和摩擦電極層3為摩擦發(fā)電機(jī)的電壓和電流輸出電極。
[0055]第一電極層I對所用材料沒有特殊規(guī)定，能夠形成導(dǎo)電層的材料都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，例如是銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線膜、金屬或合金，其中金屬是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、錫、鐵、錳、鑰、鎢或釩；合金是鋁合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、鈮合金或鉭合金。本發(fā)明優(yōu)選的第一電極層I材料是銅或鋁，厚度為0.05-0.2mm。
[0056]在本實(shí)施方式中，高分子聚合物層2所用材料是聚偏氟乙烯(PVDF)，其厚度為0.5-1.2mm(優(yōu)選1.0mm)，且其相對摩擦電極層3的面上設(shè)有多個(gè)納米孔4。其中，每個(gè)納米孔4的尺寸，即寬度和深度，可以根據(jù)應(yīng)用的需要進(jìn)行選擇，優(yōu)選的納米孔4的尺寸為:寬度為IO-1OOnm以及深度為4-50 μ m。這些多個(gè)納米孔4可以均勻也可以不均勻的分布在摩擦電極層3的面上，優(yōu)選納米孔4均勻的分布在摩擦電極層3的面上，納米孔4的數(shù)量可以根據(jù)需要的輸出電流值和電壓值進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)選的這些多個(gè)納米孔4是孔間距為2-30 μ m的均勻分布，更優(yōu)選的平均孔間距為9 μ m的均勻分布。
[0057]根據(jù)發(fā)明人的研究發(fā)現(xiàn)，金屬與高分子聚合物摩擦，金屬更易失去電子，因此采用金屬電極與高分子聚合物摩擦也能提高能量輸出。因此，優(yōu)選的摩擦電極層3所用材料是金屬或合金，其中金屬是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、錫、鐵、錳、鑰、鎢或釩；合金是鋁合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金,更優(yōu)選的摩擦電極層3材料是銅或鋁，厚度為0.05-0.2mm。
[0058]下面詳細(xì)說明上述高功率納米摩擦發(fā)電機(jī)的制備方法。該方法包括如下步驟:
[0059]( I)制備具有納米線的基底
[0060]在基底的一個(gè)表面上垂直生長氧化鋅納米線，得到具有納米線的基底。
[0061]本發(fā)明可以使用的基底可以是硅基底，鍍金或鍍鉻的玻璃基底等。
[0062]本發(fā)明采用常規(guī)水熱法生長氧化鋅納米線陣列，例如采用環(huán)六亞甲基四胺(HMTA)和硝酸鋅六水合物(ZnN03.6 (H20))的混合物作為培養(yǎng)液，在適當(dāng)?shù)臏囟壤?0_95°C下，在硅基底上生長氧化鋅納米線陣列。具體的，在一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，采用常規(guī)噴射濺鍍在硅基底的一個(gè)面上生成一個(gè)厚度30-50nm的氧化鋅種子層。采用0.lmol/L濃度的由等摩爾的環(huán)六亞甲基四胺(HMTA)和硝酸鋅六水合物(ZnN03.6 (H20))組成的培養(yǎng)液，將硅基底的生成有氧化鋅種子層的面朝下，放在培養(yǎng)液頂部，在85°C下在機(jī)械對流加熱爐(型號:Yama to DKN400，加利福尼亞，圣克拉拉)中生長，用去離子水沖洗生長有氧化鋅納米線的硅基底并在空氣中干燥，得到氧化鋅納米線陣列。本發(fā)明對氧化鋅納米線的斷面形狀沒有特殊要求，規(guī)則矩形、六邊形、圓形或正方形等均可以應(yīng)用于本發(fā)明。如圖10所示，是生長有圓形斷面的氧化鋅納米線的硅基底的示意圖。應(yīng)當(dāng)理解的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易根據(jù)需要的氧化鋅納米線的寬度，深度以及間距，調(diào)整納米氧化鋅線的生長工藝條件，例如培養(yǎng)液濃度，生長溫度和時(shí)間，使得所得氧化鋅納米線陣列優(yōu)選的均勻分布，且滿足使用要求，例如延長生長時(shí)間改變氧化鋅納米線的寬度和長度。
[0063](2)制備具有納米孔的高分子聚合物薄膜
[0064]將聚合物材料的溶液涂覆于生長有氧化鋅納米線的基底上，固化成高分子聚合物膜，然后分離基底，去除氧化鋅納米線，得到具有納米孔的高分子聚合物薄膜。
[0065]本發(fā)明所述固化是指:將聚合物材料溶液中的溶劑揮發(fā)掉，形成聚合物薄膜。常規(guī)干燥，加熱蒸發(fā)(例如水浴加熱)的方法均可以應(yīng)用于本發(fā)明。
[0066]具體的，將PVDF用二甲基甲酰胺(DMF)溶解PVDF，然后超聲處理，直至PVDF全部溶解；將上述配好的PVDF溶液通過旋轉(zhuǎn)涂覆均勻地直接涂覆在步驟(I)制備的硅基底表面，涂覆完畢后真空干燥。圖11所示是涂覆有聚合物材料的硅基底(生長有氧化鋅納米線)示意圖。
[0067]干燥后，將硅基底移除，圖12所示是基底分離示意圖。然后采用酸蝕刻法將氧化鋅納米線酸蝕掉，具體的，采用稀鹽酸、稀硫酸或稀硝酸等常規(guī)無機(jī)酸，將氧化鋅納米線腐蝕掉，得到具有多個(gè)納米孔的高分子聚合物薄膜。
[0068]( 3 )制成納米摩擦發(fā)電機(jī)
[0069]將步驟(2)所得的具有納米孔的高分子聚合物薄膜作為高分子聚合物層，依次層疊設(shè)置第一電極層1，高分子聚合物層2，以及摩擦電極層3，得到納米摩擦發(fā)電機(jī)。將該摩擦發(fā)電機(jī)的邊緣用普通膠布密封。
[0070]可以采用常規(guī)現(xiàn)有技術(shù)在高分子聚合物層2上設(shè)置第一電極層1，例如在高分子聚合物層2上粘貼第一電極層1，或者通過化學(xué)沉積或物理沉積的方法(例如射頻濺鍍，蒸鍍等方法)在高分子聚合物層2上沉積第一電極層I。
[0071]當(dāng)摩擦電極層3包括層疊設(shè)置的摩擦薄膜層31和第二電極層32時(shí)，在摩擦薄膜層31上設(shè)置第二電極層32的方法也可以是粘貼，化學(xué)沉積或物理沉積等方法。
[0072]根據(jù)納米摩擦發(fā)電機(jī)的工作原理，在發(fā)電機(jī)工作的過程中，兩個(gè)摩擦面需要不斷的接觸摩擦和分離，而一直處于接觸狀態(tài)或者分離狀態(tài)時(shí)，發(fā)電機(jī)則不能具有很好的輸出性能。因此，為了能夠制作出性能優(yōu)異的發(fā)電機(jī)，發(fā)明人對發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。如圖13和14所示的拱形的高功率納米摩擦發(fā)電機(jī)，包括依次層疊設(shè)置的第一電極層1，高分子聚合物層2，以及摩擦電極層3 ;高分子聚合物層2的相對摩擦電極層的面上設(shè)有多個(gè)納米孔4 ;摩擦電極層3包括摩擦薄膜層31和第二電極層32，所述摩擦薄膜層31相對高分子聚合物層2設(shè)置。其中，所述摩擦電極層3作為一個(gè)整體相對高分子聚合物層2向外拱起形成凸面，并在摩擦電極層3與高分子聚合物層2之間形成間隙，使兩個(gè)摩擦面在不受力的情況下能夠自動彈起。除摩擦電極層3形成凸面外，圖13和14所示的高功率納米摩擦發(fā)電機(jī)的各層結(jié)構(gòu)與圖6所示的高功率納米摩擦發(fā)電機(jī)相同，因此第一電極層I，高分子聚合物層2，摩擦電極層3以及納米孔4各層的適用選擇可以參考上文，這里不再贅述。
[0073]如圖15和16所示的拱形結(jié)構(gòu)高功率納米摩擦發(fā)電機(jī)，其包括依次層疊設(shè)置的第一電極層1，高分子聚合物層2，以及摩擦電極層3 ;高分子聚合物層2的相對摩擦電極層的面上設(shè)有多個(gè)納米孔4。其中，所述摩擦電極層3相對高分子聚合物層2向外拱起形成凸面，并在摩擦電極層3與高分子聚合物層2之間形成間隙，使兩個(gè)摩擦面在不受力的情況下能夠自動彈起。圖15和16所示的高功率納米摩擦發(fā)電機(jī)的各層結(jié)構(gòu)與圖8所示的高功率納米摩擦發(fā)電機(jī)相同，因此第一電極層1，高分子聚合物層2，摩擦電極層3以及納米孔4各層的適用選擇可以參考上文，這里不再贅述。
[0074]雖然上文僅示例性描述了摩擦電極層3向外拱起的拱形的高功率納米摩擦發(fā)電機(jī)，應(yīng)當(dāng)理解的是，基于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)很容易實(shí)現(xiàn)高分子聚合物層2相對摩擦電極層3向外拱起形成凸面，并在摩擦電極層3與高分子聚合物層2之間形成間隙，使兩個(gè)摩擦面在不受力的情況下能夠自動彈起。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍是摩擦電極層和高分子聚合物層中的至少一個(gè)向外拱起形成凸面，使得摩擦電極層與高分子聚合物層之間形成間隙。在一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，依照高分子聚合物層2與摩擦電極層3的長度比為21:20或20:21，得到了拱形的高功率納米摩擦發(fā)電機(jī)。
[0075]下面詳細(xì)說明拱形結(jié)構(gòu)高功率納米摩擦發(fā)電機(jī)的制備方法，步驟(I)制備具有納米線的基底與步驟制備具有納米孔的高分子聚合物薄膜(2)與上文所述相同，這里不再贅述，下面僅詳細(xì)說明步驟(3):
[0076]a.將第一電極層I設(shè)置到高分子聚合物層2上，形成第一電極層1_高分子聚合物
層2的層疊體。
[0077]b.將摩擦電極層3放置到步驟a所得層疊體的高分子聚合物層2上，并且將所述層疊體與摩擦電極層3的一端固定。
[0078]具體的，例如所述層疊體與摩擦電極層3是矩形時(shí)，采用膠布粘貼或者熱封的方法將層疊體與摩擦電極層3的短邊端中的其中一個(gè)固定。
[0079]c.將摩擦電極層3拱起，然后將層疊體與摩擦電極層3的固定端的相對端進(jìn)行固定。
[0080]具體的，例如所述層疊體與摩擦電極層3是矩形時(shí)，將層疊體與摩擦電極層3的另一個(gè)短邊端固定。
[0081]下面通過具體的實(shí)施例來闡述本發(fā)明提供的發(fā)光鞋中的納米摩擦發(fā)電機(jī)的方法的實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，這不應(yīng)被理解為對本發(fā)明權(quán)利要求范圍的限制。
[0082]實(shí)施例1
[0083]如圖6和7所示，本實(shí)施例高功率納米摩擦發(fā)電機(jī)尺寸為4.5cm (長度)X 1.2cm(寬度)，其包括依次層疊設(shè)置的第一電極層I (0.1mm厚的鋁層)，高分子聚合物層2 (Imm厚的聚偏氟乙烯)，以及摩擦電極層3。摩擦電極層3包括摩擦薄膜層31 (1.0mm厚的銅版紙(規(guī)格200g/m2))和第二電極層32 (0.1mm厚的銅層)，所述摩擦薄膜層31相對高分子聚合物層2設(shè)置。高分子聚合物層2的相對摩擦電極層3的面上設(shè)有多個(gè)納米孔4 (寬度約為60nm,深度約為8μηι,以及孔間距平均為9μπι)。所述第一電極層I和第二電極層32為摩擦發(fā)電機(jī)的電壓和電流輸出電極。
[0084]下面詳細(xì)說明該高功率納米摩擦發(fā)電機(jī)的制備方法。[0085]( I)制備具有納米線的基底
[0086]采用常規(guī)噴射濺鍍在硅基底的一個(gè)面上生成厚度40nm的氧化鋅種子層。采用
0.lmol/L濃度的由等摩爾的環(huán)六亞甲基四胺(HMTA)和硝酸鋅六水合物(ZnNO3 *6 (H2O))組成的培養(yǎng)液，將娃基底的生成有氧化鋅種子層的面朝下，放在培養(yǎng)液頂部，在85°C下在機(jī)械對流加熱爐(型號:Yamato DKN400，加利福尼亞，圣克拉拉)中生長6小時(shí)，用去離子水沖洗生長有氧化鋅納米線的硅基底并在空氣中干燥，得到的氧化鋅納米線陣列。
[0087](2)制備具有納米孔的高分子聚合物薄膜
[0088]將PVDF放入燒杯中，然后將二甲基甲酰胺(DMF)加入到燒杯中溶解PVDF，得到濃度11.7wt%的PVDF溶液。然后將燒杯用保鮮膜封住，超聲處理30min，PVDF全部溶解，然后待用。
[0089]將上述配好的PVDF溶液通過旋轉(zhuǎn)涂覆均勻地直接涂覆在步驟(1)制備的硅基底的生長有納米氧化鋅線的表面，涂覆完畢后在80°C進(jìn)行真空干燥。
[0090]干燥完成后，將硅基底移除。然后采用濃度3?丨％的稀鹽酸將氧化鋅納米線酸蝕掉，得到PVDF聚合物薄膜，其中該薄膜一個(gè)表面上具有的納米孔為:寬度約為60nm，深度約為8 μ m,以及孔間距平均為9 μ m。
[0091 ] (3)制成納米摩擦發(fā)電機(jī)
[0092]將步驟(2)所得的具有納米孔的高分子聚合物薄膜作為高分子聚合物層，將
0.1mm厚的鋁層粘貼在高分子聚合物層2上，得到第一電極層1_高分子聚合物層2的層疊體；將0.1mm厚的銅層粘貼在銅版紙上，得到摩擦電極層3。按照高分子聚合物層2相對銅版紙，將摩擦電極層3放置到上述層疊體上，然后邊緣用普通膠布密封，得到納米摩擦發(fā)電機(jī)1#。
[0093]該摩擦發(fā)電機(jī)1#在1-V (電流-電壓)的測量中表現(xiàn)出典型的開路特征。使用周期振蕩(0.33Hz和0.13%的形變)的步進(jìn)電機(jī)使摩擦發(fā)電機(jī)1#發(fā)生周期的彎曲和釋放，摩擦發(fā)電機(jī)1#的最大輸出電壓和電流信號分別達(dá)到了 800V和750 μ A。
[0094]實(shí)施例2-3
[0095]實(shí)施例2和3采用與實(shí)施例1基本相同的方法進(jìn)行制備，不同之處列于下表:
[0096]表1
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)光鞋，其特征在于，包括: 設(shè)置在所述發(fā)光鞋的鞋底部位的納米摩擦發(fā)電機(jī)，用于將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能； 與所述納米摩擦發(fā)電機(jī)相連的降壓變壓器，用于對納米摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能進(jìn)行降壓處理；以及 與所述降壓變壓器相連的發(fā)光器件。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光鞋，其特征在于，還包括: 連接在所述降壓變壓器和所述發(fā)光器件之間的交直流轉(zhuǎn)換器，用于將降壓變壓器降壓處理后的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，供發(fā)光器件發(fā)光。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)光鞋，其特征在于，所述交直流轉(zhuǎn)換器包括: 整流電路、與所述整流電路相連的濾波電路、以及與所述濾波電路相連的穩(wěn)壓電路。
4.如權(quán)利要求2所述的發(fā)光鞋，其特征在于，還包括:連接在所述交直流轉(zhuǎn)換器和所述發(fā)光器件之間的儲能元件和控制開關(guān)，其中， 所述儲能元件的輸入端與所述交直流轉(zhuǎn)換器的輸出端相連，所述儲能元件的輸出端與所述控制開關(guān)相連，所述控制開關(guān)還與所述發(fā)光器件相連。
5.如權(quán)利要求4所述的發(fā)光鞋，其特征在于，所述控制開關(guān)為下述開關(guān)中的一種:彈簧開關(guān)、按鈕開關(guān)、震動開關(guān)和聲控開關(guān)。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光鞋，其特征在于，所述納米摩擦發(fā)電機(jī)為多個(gè)并聯(lián)連接的納米摩擦發(fā)電機(jī)，其中，所述多個(gè)并聯(lián)連接的納米摩擦發(fā)電機(jī)通過平鋪方式或?qū)盈B方式設(shè)置。
7.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光`鞋，其特征在于，所述納米摩擦發(fā)電機(jī)包括:依次層疊設(shè)置的第一電極層，高分子聚合物層，以及摩擦電極層；高分子聚合物層的相對摩擦電極層的面上設(shè)有多個(gè)納米孔；所述第一電極層和摩擦電極層為摩擦發(fā)電機(jī)的電壓和電流輸出電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光鞋，其特征在于，所述高分子聚合物層所用材料是聚偏氟乙烯。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光鞋，其特征在于，所述高分子聚合物層表面上設(shè)置的納米孔寬度為IO-1OOnm以及深度為4-50 μ m。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光鞋，其特征在于，所述摩擦電極層所用材料選自金屬或合金，厚度為0.05-0.2mm;其中金屬是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、錫、鐵、錳、鑰、鎢或IJi ;合金是招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金；所述摩擦電極層所用材料優(yōu)選銅或鋁。
11.根據(jù)權(quán)利要求7-10任一項(xiàng)所述的發(fā)光鞋，其特征在于，所述摩擦電極層包括層疊設(shè)置的摩擦薄膜層和第二電極層，所述摩擦薄膜層相對高分子聚合物層設(shè)置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光鞋，其特征在于，所述摩擦薄膜層所用材料是纖維薄膜或聚氯乙烯，優(yōu)選銅版紙或牛皮紙；所述第二電極層所用材料選自銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線膜、金屬或合金，其中金屬是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、錫、鐵、錳、鑰、鎢或IJi ;合金是招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光鞋，其特征在于，所述摩擦電極層和高分子聚合物層中的至少一個(gè)向外拱起形成凸面，使得摩擦電極層與高分子聚合物層之間形成間隙。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光鞋，其特征在于，所述第一電極層所用材料是銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線膜、金屬或合金，其中金屬是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、錫、鐵、猛、鑰、鶴或鑰;；合金是招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金`、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金。
【文檔編號】A43B13/14GK103859678SQ201210543609
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月14日
【發(fā)明者】徐傳毅, 王中林 申請人:納米新能源（唐山）有限責(zé)任公司