懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機和發(fā)電機組的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機和具有其的發(fā)電機組，所述懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機包括：固定端；懸臂梁所述懸臂梁的第一端與所述固定端的側(cè)面相連且所述懸臂梁的第二端遠(yuǎn)離所述固定端并沿所述固定端的側(cè)面的垂直方向延伸；質(zhì)量塊；第一高分子聚合物絕緣層；和第一電極。根據(jù)本發(fā)明實施例的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機，通過將摩擦發(fā)電機與懸臂梁結(jié)構(gòu)相結(jié)合，借助懸臂梁結(jié)構(gòu)收集外部環(huán)境振動等產(chǎn)生的能量，解決了摩擦發(fā)電機需要不停按壓且很難收集高頻能量的問題，并且摩擦發(fā)電機在高頻機械振動下輸出電信號的能力提高數(shù)倍，所以極大地擴寬了摩擦發(fā)電機的應(yīng)用范圍，提高了能量收集效率。
【專利說明】懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機和發(fā)電機組
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)電裝置，更具體地，涉及一種懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機和具有其的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機組。
【背景技術(shù)】
[0002]機械能是環(huán)境里最為廣泛的能源之一，收集環(huán)境中的機械能將其轉(zhuǎn)換為電能從而實現(xiàn)對傳感器的供電是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要趨勢?，F(xiàn)有換能器的核心部件大都為基于壓電材料的懸臂梁式結(jié)構(gòu)，當(dāng)外界機械振動帶動懸臂梁振動后，利用壓電材料的正壓電效應(yīng)將機械能轉(zhuǎn)換為電能。壓電材料的制備較為復(fù)雜，價格昂貴，為此我們提出的一種基于摩擦發(fā)電機的懸臂梁式換能器。
[0003]現(xiàn)有實驗表明，隨工作頻率的增大，摩擦發(fā)電機的輸出功率在一定范圍能增加。而摩擦發(fā)電機的現(xiàn)有應(yīng)用往往是用于收集與人體運動相關(guān)的低頻振動(幾個赫茲)，沒能最大限度的發(fā)揮其優(yōu)勢。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問題之一。
[0005]為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、能量收集效率高的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機。
[0006]本發(fā)明的另一個目的在于提出一種具有上述的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機組。
[0007]根據(jù)本發(fā)明第一方面實施例的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機，包括:固定端；懸臂梁，所述懸臂梁的第一端與所述固定端的側(cè)面相連且所述懸臂梁的第二端遠(yuǎn)離所述固定端并沿所述固定端的側(cè)面的垂直方向延伸；質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊設(shè)在所述懸臂梁的第二端且與所述懸臂梁的上表面相連；第一高分子聚合物絕緣層，所述第一高分子聚合物絕緣層設(shè)在所述懸臂梁的上側(cè)表面且位于所述質(zhì)量塊和所述固定端之間，所述第一高分子聚合物絕緣層的下表面以及所述懸臂梁的上表面的至少一個面上設(shè)有微納凹凸結(jié)構(gòu)，所述第一高分子聚合物絕緣層的第一端與所述固定端的側(cè)面相連；和第一電極，所述第一電極設(shè)在所述質(zhì)量塊和所述固定端之間，所述第一電極的下表面與所述第一高分子聚合物絕緣層的上表面相連，所述第一電極的第一端與所述固定端的側(cè)面相連。
[0008]根據(jù)本發(fā)明實施例的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機，通過將摩擦發(fā)電機與懸臂梁結(jié)構(gòu)相結(jié)合，借助懸臂梁結(jié)構(gòu)收集外部環(huán)境振動等產(chǎn)生的能量，解決了摩擦發(fā)電機需要不停按壓且很難收集高頻能量的問題，并且摩擦發(fā)電機在高頻機械振動下輸出電信號的能力提高數(shù)倍，所以極大地擴寬了摩擦發(fā)電機的應(yīng)用范圍，提高了能量收集效率。
[0009]另外，根據(jù)本發(fā)明實施例的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機，還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述懸臂梁為所述發(fā)電機的第二電極，所述懸臂梁第一電極、第一高分子聚合物絕緣層構(gòu)成為通過彎曲或變形能夠產(chǎn)生摩擦起電的平板結(jié)構(gòu)。[0011 ] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述懸臂梁為磷青銅片。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述質(zhì)量塊為鎢合金。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述質(zhì)量塊通過膠水與所述懸臂梁相連。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一高分子聚合物絕緣層為選自以下材料中的一種:聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維(再生)海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚異丁烯薄膜、聚氨酯柔性海綿薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸鹽薄膜。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一高分子聚合物絕緣層的下表面和/或所述懸臂梁的上表面的微納凹凸結(jié)構(gòu)為納米級至微米級的凹凸結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，還包括:第二高分子聚合物絕緣層，所述第二高分子聚合物絕緣層設(shè)在所述懸臂梁的下表面上，所述第二高分子聚合物絕緣層的下表面以及所述懸臂梁的下表面的至少一個面上設(shè)有微納凹凸結(jié)構(gòu)，所述第二高分子聚合物絕緣層的第一端與所述固定端的側(cè)面相連；和第三電極，所述第三電極的上表面與所述第二高分子聚合物絕緣層的下表面相連，所述第三電極的第一端與所述固定端的側(cè)面相連。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第二高分子聚合物絕緣層和所述第三電極與所述第一高分子聚合物絕緣層和第一電極相對于所述懸臂梁對稱。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述懸臂梁為輸出電極分別與所述第一電極和第三電極配合。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一電極與所述第三電極相連形成第二輸出電極，所述懸臂梁為第一輸出電極與所述第二輸出電極配合。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合物絕緣層分別為選自以下材料中的一種:聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維(再生)海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚異丁烯薄膜、聚氨酯柔性海綿薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸鹽薄膜。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述懸臂梁為第三高分子聚合物絕緣層，且所述懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機還包括第四電極，所述第四電極的上表面與所述懸臂梁的下表面相連，所述第四電極的第一端與所述固定端的側(cè)面相連。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一高分子聚合物絕緣層的下表面和/或所述懸臂梁的上表面設(shè)有微納凹凸結(jié)構(gòu)，所述微納凹凸結(jié)構(gòu)為納米級至微米級的凹凸結(jié)構(gòu)。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一高分子聚合物絕緣層和第三高分子聚合物絕緣層分別為選自以下材料中的一種:聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維(再生)海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚異丁烯薄膜、聚氨酯柔性海綿薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸鹽薄膜。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一高分子聚合物絕緣層和第三高分子聚合物絕緣層的材質(zhì)不同。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機還包括第四高分子聚合物絕緣層，所述第四高分子聚合物絕緣層設(shè)在所述第一高分子聚合物絕緣層和所述懸臂梁之間且所述第四高分子聚合物絕緣層的下表面與所述懸臂梁的上表面相連，所述第四高分子聚合物絕緣層的第一端與所述固定端的側(cè)面相連。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一高分子聚合物絕緣層的下表面和/或所述第四高分子聚合物絕緣層的上表面設(shè)有微納凹凸結(jié)構(gòu)，所述微納凹凸結(jié)構(gòu)為納米級至微米級的凹凸結(jié)構(gòu)。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第四高分子聚合物絕緣層為選自以下材料中的一種:聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維(再生)海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚異丁烯薄膜、聚氨酯柔性海綿薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸鹽薄膜。
[0026]根據(jù)本發(fā)明第二方面實施例的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機組，包括多個串聯(lián)或并聯(lián)連接的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機，其中所述懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機為根據(jù)上述實施例中所述的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機。
[0027]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0029]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機的側(cè)視圖；
[0030]圖2是根據(jù)圖1中懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖3是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機的側(cè)視圖；
[0032]圖4是根據(jù)圖3中懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖5是根據(jù)本發(fā)明再一個實施例的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機的側(cè)視圖；
[0034]圖6是根據(jù)圖5中懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機的工作原理示意圖；
[0036]圖8是根據(jù)本發(fā)明又一個實施例的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機的側(cè)視圖；
[0037]圖9是根據(jù)圖8中懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0038]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0039]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。
[0040]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0041]下面首先結(jié)合附圖具體描述根據(jù)本發(fā)明第一方面實施例的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機。
[0042]如圖1至圖6所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機包括:固定端
10、懸臂梁20、質(zhì)量塊30、第一高分子聚合物絕緣層40和第一電極50。
[0043]具體地，如圖1和圖2所示，懸臂梁20為發(fā)電機的第二電極，懸臂梁20的第一端21與固定端10的側(cè)面相連且懸臂梁20的第二端22遠(yuǎn)離固定端10并沿固定端10的側(cè)面的垂直方向延伸。質(zhì)量塊30設(shè)在懸臂梁20的第二端22且與懸臂梁20的上表面相連。
[0044]第一高分子聚合物絕緣層40設(shè)在懸臂梁20的上側(cè)表面且位于質(zhì)量塊30和固定端10之間，第一高分子聚合物絕緣層40的下表面以及懸臂梁20的上表面的至少一個面上設(shè)有微納凹凸結(jié)構(gòu)，第一高分子聚合物絕緣層40的第一端與固定端10的側(cè)面相連。
[0045]第一電極50設(shè)在質(zhì)量塊30和固定端10之間，第一電極50的下表面與第一高分子聚合物絕緣層40的上表面相連，第一電極50的第一端與固定端10的側(cè)面相連。其中上述的懸臂梁20和第一電極50構(gòu)成懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機的兩個輸出端。
[0046]其中，第一高分子聚合物絕緣層40和懸臂梁20可以貼合在一起，例如可以采用膠布將第一高分子聚合物絕緣層40和懸臂梁20相連。第一高分子聚合物絕緣層40和懸臂梁20也可以采用間隙設(shè)置，即第一高分子聚合物絕緣層40和懸臂梁20之間間隔有一定距離。以下實施例中所述的高分子聚合物絕緣層與懸臂梁20的配合結(jié)構(gòu)可以采用貼合相連，也可以采用間隙設(shè)置，其結(jié)構(gòu)與本實施例中所述的配合結(jié)構(gòu)類似，因此不再贅述。
[0047]由此，根據(jù)本發(fā)明實施例的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機，通過將摩擦發(fā)電機與懸臂梁結(jié)構(gòu)相結(jié)合，借助懸臂梁結(jié)構(gòu)收集外部環(huán)境振動等產(chǎn)生的能量，解決了摩擦發(fā)電機需要不停按壓且很難收集高頻能量的問題，并且摩擦發(fā)電機在高頻機械振動下輸出電信號的能力提高數(shù)倍，所以極大地擴寬了摩擦發(fā)電機的應(yīng)用范圍，提高了能量收集效率。其中，對于摩擦納米發(fā)電機，工作頻率越大，其電壓和電流越大，具體的提高倍數(shù)，要看頻率的比較、摩擦方式和材料的選擇。
[0048]下面參照圖7具體描述根據(jù)本發(fā)明實施例的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機的工作原理。
[0049]如圖7所示，懸臂梁20為發(fā)電機的第二電極，第一高分子聚合物絕緣層40與第一電極50層疊設(shè)置，第一高分子聚合物絕緣層40的上表面與第一電極50相連，第一高分子聚合物絕緣層40的下表面與懸臂梁20的上表面接觸摩擦并在懸臂梁20和第一電極50處感應(yīng)出電荷，懸臂梁20和第一電極50為摩擦發(fā)電機的電壓和電流輸出電極，第一高分子聚合物絕緣層40和懸臂梁20的相對設(shè)置的兩個面中的至少一個上設(shè)有微納凹凸結(jié)構(gòu)41。其中，圖7中所示的微納凹凸結(jié)構(gòu)41設(shè)在第一高分子聚合物絕緣層40上。
[0050]該懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機在工作時，懸臂梁20發(fā)生振動而上下擺動，懸臂梁20的上表面與第一高分子聚合物絕緣層40的下表面接觸摩擦，并且懸臂梁20的上下擺動會帶動第一高分子聚合物絕緣層40和第一電極50向上或向下彎曲。當(dāng)?shù)谝桓叻肿泳酆衔锝^緣層40和第一電極50向上彎曲時，納米摩擦發(fā)電機中的第一高分子聚合物絕緣層40和懸臂梁20的表面相互摩擦產(chǎn)生靜電荷,靜電荷的產(chǎn)生會使第二電極和第一電極50之間的電容發(fā)生改變，也就是懸臂梁20和第一電極50之間的電容發(fā)生改變，從而導(dǎo)致第二電極和第一電極50之間出現(xiàn)電勢差。由于第二電極和第一電極50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)該納米摩擦發(fā)電機的各層恢復(fù)到原來狀態(tài)時，這時形成在第二電極和第一電極50之間的閃電勢消失，此時已平衡的第二電極和第一電極50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，從而實現(xiàn)對振動產(chǎn)生的能量的收集。
[0051]根據(jù)本發(fā)明實施例的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機，將懸臂梁20作為摩擦發(fā)電機的第二電極，在質(zhì)量塊30的配合下，不僅可以對周圍環(huán)境中的振動頻率進(jìn)行收集和傳遞，而且該振動頻率能夠帶動懸臂梁20發(fā)生振動，從而懸臂梁20與第一電極50配合形成周期性的交流電信號，實現(xiàn)對振動產(chǎn)生的能量的收集。其中，振動頻率的大小沒有特殊限制，可以為手動按壓產(chǎn)生的低頻率，也可以為機械振動產(chǎn)生的高頻率，而由于摩擦發(fā)電機在相對高頻率的情況下機械能轉(zhuǎn)化為電能的效率會有所提高，所以根據(jù)本發(fā)明實施例的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機可以適用于收集周圍環(huán)境中頻率相對較高的能量。
[0052]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，如圖7所示，第一高分子聚合物絕緣層40的下表面和/或懸臂梁20的上表面的微納凹凸結(jié)構(gòu)為納米級至微米級的凹凸結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，微納凹凸結(jié)構(gòu)大小為50nm-300nm。由此，納米凹凸結(jié)構(gòu)摩擦接觸面積大，能夠提高摩擦起電效率。
[0053]考慮到懸臂梁20需要能夠上下擺動并與第一高分子聚合物絕緣層40發(fā)生摩擦才能實現(xiàn)振動頻率的收集，優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，懸臂梁20為通過任意彎曲或變形能夠產(chǎn)生摩擦起電的平板結(jié)構(gòu)。由此，該結(jié)構(gòu)的懸臂梁20不僅能夠?qū)崿F(xiàn)振動頻率的收集，而且任意彎曲或變形的結(jié)構(gòu)使得懸臂梁20具有更廣泛的使用范圍。它通過任意彎曲、變形引起所述電極摩擦起電。平板結(jié)構(gòu)能夠擴大摩擦發(fā)電機的應(yīng)用環(huán)境，收集和轉(zhuǎn)換不規(guī)則的動能，如人體肌肉部分的運動及無序的風(fēng)能等。
[0054]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，采用金屬電極與高分子聚合物摩擦能提高能量輸出。因此，懸臂梁20的制備材料可以和壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)的材料和參數(shù)要求一致。進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，懸臂梁20可以使用剛性比較好的材料制備而成，即懸臂梁20為磷青銅片。具體地，懸臂梁20采用厚度為0.3mm左右的磷青銅片。由此，通過懸臂梁20與第一高分子聚合物絕緣層40之間的摩擦來產(chǎn)生電信號，主要利用了金屬容易失去電子的特性，使第一電極與第一高分子聚合物絕緣層40之間形成感應(yīng)電場，從而產(chǎn)生電壓或電流。
[0055]質(zhì)量塊30作為懸臂梁20的輔助部分，主要作用是配合懸臂梁20的振動，因此，質(zhì)量塊30需要具有一定的質(zhì)量。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，質(zhì)量塊30為鎢合金。具體地，鎢合金可以是質(zhì)量密度為16.7g/cm3左右的鎢合金，進(jìn)一步地，鎢合金是以金屬鎢為基體元素同時加入合金元素鎳、鐵或鎳、銅液相燒結(jié)成的合金。
[0056]關(guān)于質(zhì)量塊30與懸臂梁20的連接方式則沒有特殊限制，只要能將其固定在懸臂梁20的第二端22上即可?？蛇x地，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，質(zhì)量塊30通過膠水與懸臂梁20相連。具體地，該膠水可以為粘合鋅合金的專業(yè)膠水，該膠水對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，是可以理解的，因此不再贅述。
[0057]第一電極50為摩擦發(fā)電機的電極，如果直接選用剛性比較好的金屬薄片，則可以省去用襯底的過程，直接用金屬薄片粘接聚合物或甩聚合物膠體后，做成膜處理即可。可選地，第一電極50所用材料可以為銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線膜、金屬或合金；其中，金屬為選自金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、錳、鑰、鎢或釩中的一種。合金可以為選自鋁合金、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、銀合金或鉭合金中的一種。
[0058]關(guān)于第一高分子聚合物絕緣層40，需要理解的是，第一高分子聚合物絕緣層40采用聚合物材料制備而成，要求具有一定的剛度或硬度，當(dāng)剛度或硬度不夠時，可以加150-300um的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等材料作為襯底材料，放在第一高分子聚合物絕緣層40和懸臂梁20之間。具體地，可以在鍍有電極的聚合物上粘接襯底材料，直接在鍍有銦錫氧化物(ITO)導(dǎo)電薄膜的PET上粘接或甩上聚合物材料，并將ITO作為電極層。
[0059]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，第一高分子聚合物絕緣層40為選自以下材料中的一種:聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維(再生)海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚異丁烯薄膜、聚氨酯柔性海綿薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸鹽薄膜。由此，該材料的第一高分子聚合物絕緣層40與懸臂梁20摩擦能提高能量輸出。
[0060]為了進(jìn)一步收集周圍環(huán)境中的振動頻率，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，如圖3和圖4所示，該懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機還包括:第二高分子聚合物絕緣層60和第三電極70。
[0061]具體地，第二高分子聚合物絕緣層60設(shè)在懸臂梁20遠(yuǎn)離所述第一高分子聚合物的下表面的一側(cè)面，第二高分子聚合物絕緣層60的下表面以及懸臂梁20的下表面的至少一個面上設(shè)有微納凹凸結(jié)構(gòu)，第二高分子聚合物絕緣層60的第一端與固定端10的側(cè)面相連。第三電極70的上表面與第二高分子聚合物絕緣層60的下表面相連，第三電極70的第一端與固定端10的側(cè)面相連。
[0062]其中，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，懸臂梁20為第一輸出電極分別與第一電極50和第三電極70配合。也就是說，懸臂梁20在向上擺動時，可以作為與第一電極50配合的第一電極；懸臂梁20在向下擺動時,可以作為與第三電極70配合的第一電極。
[0063]在懸臂梁20向上擺動時，其工作原理與本發(fā)明上述實施例中所述的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機的工作原理相同，因此不再贅述。
[0064]當(dāng)懸臂梁20向下擺動時，懸臂梁20的下表面與第二高分子聚合物絕緣層60的上表面接觸摩擦，并且懸臂梁20的擺動會帶動第二高分子聚合物絕緣層60和第三電極70向上或向下彎曲。當(dāng)?shù)诙叻肿泳酆衔锝^緣層60和第三電極70向下彎曲時，納米摩擦發(fā)電機中的第二高分子聚合物絕緣層60和懸臂梁20的表面相互摩擦產(chǎn)生靜電荷，靜電荷的產(chǎn)生會使第二電極和第三電極70之間的電容發(fā)生改變，也就是懸臂梁20和第三電極70之間的電容發(fā)生改變，從而導(dǎo)致第二電極和第三電極70之間出現(xiàn)電勢差。由于第二電極和第三電極70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)該納米摩擦發(fā)電機的各層恢復(fù)到原來狀態(tài)時，這時形成在第二電極和第三電極70之間的閃電勢消失，此時已平衡的第二電極和第三電極70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，從而實現(xiàn)對振動產(chǎn)生的能量的收集。
[0065]由此，無論懸臂梁20向上或向下擺動，均能實現(xiàn)對振動能量的收集，從而大大提高了該摩擦發(fā)電機的能量收集效率。
[0066]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，第二高分子聚合物絕緣層60和第三電極70與第一高分子聚合物絕緣層40和第一電極50相對于懸臂梁20對稱。由此，互相對稱的結(jié)構(gòu)使懸臂梁20上下擺動的幅度能夠一致，進(jìn)一步提高能量收集的效率。
[0067]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，第一電極50與第三電極70相連形成第二輸出電極，懸臂梁20為第一輸出電極與第二輸出電極配合。也就是說，將懸臂梁20、第一高分子聚合物絕緣層40、第一電極50、第二高分子聚合物絕緣層60和第三電極70作為一個五層的納米發(fā)電機整體，在該情況下，當(dāng)懸臂梁20向上振動，第一高分子聚合物絕緣層40與懸臂梁20接觸摩擦，會分別在懸臂梁20和第一電極50上產(chǎn)生感應(yīng)電荷；而當(dāng)懸臂梁20向下振動，第二高分子聚合物絕緣層60會與懸臂梁20接觸摩擦，會分別在懸臂梁20和第三電極70上產(chǎn)生感應(yīng)電荷。由于此種結(jié)構(gòu)采用的是聚合物與金屬摩擦，故可以將第一電極50與第三電極70相連作為納米摩擦發(fā)電機的一個輸出電極，懸臂梁20作為納米摩擦發(fā)電機的另一輸出電極。
[0068]關(guān)于第二高分子聚合物絕緣層60的制備材料可以與第一高分子聚合物絕緣層40的制備材料相同，也可以不同?？蛇x地，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，第一高分子聚合物絕緣層40和第二高分子聚合物絕緣層60分別為選自以下材料中的一種:聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維(再生)海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚異丁烯薄膜、聚氨酯柔性海綿薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸鹽薄膜。
[0069]考慮到高分子聚合物絕緣層與高分子聚合物絕緣層之間摩擦也會使電極之間感應(yīng)出電荷，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，如圖5和圖6所示，懸臂梁20為第三高分子聚合物絕緣層，且懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機還包括第四電極80，第四電極80的上表面與懸臂梁20的下表面相連，第四電極80的第一端與固定端10的側(cè)面相連。第一高分子聚合物絕緣層40的下表面和/或懸臂梁20的上表面設(shè)有微納凹凸結(jié)構(gòu)，具體地，所述微納凹凸結(jié)構(gòu)為納米級至微米級的凹凸結(jié)構(gòu)。第三高分子聚合物絕緣層在向上擺動時可以與第一高分子聚合物絕緣層40產(chǎn)生摩擦，該結(jié)構(gòu)不僅節(jié)約了一個高分子聚合物絕緣層，而且在懸臂梁20直接為高分子聚合物絕緣層，結(jié)構(gòu)更為簡單，制備更為方便，并且保證了能量收集的效率。
[0070]相應(yīng)地，第一高分子聚合物絕緣層40和第三高分子聚合物絕緣層的制備材料也沒有特殊限制，可選地，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，第一高分子聚合物絕緣層40和第三高分子聚合物絕緣層分別為選自以下材料中的一種:聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維(再生)海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚異丁烯薄膜、聚氨酯柔性海綿薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸鹽薄膜。
[0071]由于兩層高分子聚合物絕緣層的材質(zhì)相同時，會導(dǎo)致摩擦起電的電荷量很小。因此，優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，第一高分子聚合物絕緣層40和第三高分子聚合物絕緣層的材質(zhì)不同。另外，考慮到懸臂梁20需要具有一定的強度，因此，優(yōu)選地，第三高分子聚合物絕緣層的制備材料為聚對苯二甲酸乙二醇酯，其厚度為150-300um。
[0072]如圖8和圖9所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機還包括第四高分子聚合物絕緣層90，第四高分子聚合物絕緣層90設(shè)在第一高分子聚合物絕緣層40和懸臂梁20之間且第四高分子聚合物絕緣層90的下表面與懸臂梁20的上表面相連，第四高分子聚合物絕緣層90的第一端與固定端10的側(cè)面相連，第一高分子聚合物絕緣層40的下表面和/或第四高分子聚合物絕緣層90的上表面設(shè)有微納凹凸結(jié)構(gòu)，所述微納凹凸結(jié)構(gòu)為納米級至微米級的凹凸結(jié)構(gòu)。
[0073]其中，該結(jié)構(gòu)的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機為第四高分子聚合物絕緣層90與第一高分子聚合物絕緣層40摩擦產(chǎn)生電荷，其工作原理與上述實施例中第三高分子聚合物絕緣層與第一高分子聚合物絕緣層40摩擦產(chǎn)生電荷的工作原理類似，因此不再贅述。
[0074]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，第四高分子聚合物絕緣層為選自以下材料中的一種:聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維(再生)海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚異丁烯薄膜、聚氨酯柔性海綿薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸鹽薄膜。
[0075]由于兩層高分子聚合物絕緣層的材質(zhì)相同時，會導(dǎo)致摩擦起電的電荷量很小。因此，優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，第一高分子聚合物絕緣層40和第四高分子聚合物絕緣層的材質(zhì)不同。相應(yīng)地，考慮到懸臂梁20需要具有一定的強度，因此，優(yōu)選地，第四高分子聚合物絕緣層的制備材料為聚對苯二甲酸乙二醇酯，其厚度為150-300um。根據(jù)本發(fā)明第二方面實施例的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機組，包括多個串聯(lián)或并聯(lián)連接的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機，其中所述懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機為根據(jù)上述實施例中所述的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機。由于根據(jù)本發(fā)明上述實施例的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機具有上述技術(shù)效果，因此，根據(jù)本發(fā)明實施例的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機組也具有相應(yīng)的技術(shù)效果。并且本發(fā)明的摩擦發(fā)電機滿足基本電路連接的線性疊加原理，即無論正向或反向連接到測量裝置時，總的輸出電流能夠以并聯(lián)器件的方式被增強(相同方向)或者減少(相反的方向)。因而能夠利用平行并聯(lián)多個摩擦電發(fā)電機的方式，并且利用摩擦電發(fā)電機薄的面板結(jié)構(gòu)能夠同時裝配多層發(fā)電機，由此來增大輸出電流。通過串聯(lián)或并聯(lián)多個單體摩擦發(fā)電機來組成多個摩擦發(fā)電機組，可以提高單位面積的輸出功率。
[0076]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0077]盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【權(quán)利要求】
1.一種懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機，其特征在于，包括: 固定端; 懸臂梁，所述懸臂梁的第一端與所述固定端的側(cè)面相連且所述懸臂梁的第二端遠(yuǎn)離所述固定端并沿所述固定端的側(cè)面的垂直方向延伸； 質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊設(shè)在所述懸臂梁的第二端且與所述懸臂梁的上表面相連； 第一高分子聚合物絕緣層，所述第一高分子聚合物絕緣層設(shè)在所述懸臂梁的上側(cè)表面且位于所述質(zhì)量塊和所述固定端之間，所述第一高分子聚合物絕緣層的第一端與所述固定端的側(cè)面相連；和 第一電極，所述第一電極設(shè)在所述質(zhì)量塊和所述固定端之間，所述第一電極的下表面與所述第一高分子聚合物絕緣層的上表面相連，所述第一電極的第一端與所述固定端的側(cè)面相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述懸臂梁為所述發(fā)電機的第二電極，所述懸臂梁、第一電極、第一高分子聚合物絕緣層構(gòu)成為通過彎曲或變形能夠產(chǎn)生摩擦起電的平板結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述懸臂梁為磷青銅片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述質(zhì)量塊為鎢合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述質(zhì)量塊通過膠水與所述懸臂梁相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述第一高分子聚合物絕緣層為選自以下材料中的一種: 聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維(再生)海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚異丁烯薄膜、聚氨酯柔性海綿薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸鹽薄膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述第一高分子聚合物絕緣層的下表面和/或所述懸臂梁的上表面設(shè)有微納凹凸結(jié)構(gòu)，所述微納凹凸結(jié)構(gòu)為納米級至微米級的凹凸結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機，其特征在于，還包括: 第二高分子聚合物絕緣層，所述第二高分子聚合物絕緣層設(shè)在所述懸臂梁遠(yuǎn)離所述第一高分子聚合物的下表面的一側(cè)面，所述第二高分子聚合物絕緣層的下表面以及所述懸臂梁的下表面的至少一個面上設(shè)有微納凹凸結(jié)構(gòu)，所述第二高分子聚合物絕緣層的第一端與所述固定端的側(cè)面相連；和 第三電極，所述第三電極的上表面與所述第二高分子聚合物絕緣層的下表面相連，所述第三電極的第一端與所述固定端的側(cè)面相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述第二高分子聚合物絕緣層和所述第三電極與所述第一高分子聚合物絕緣層和第一電極相對于所述懸臂梁對稱。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述懸臂梁為輸出電極分別與所述第一電極和第三電極配合。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述第一電極與所述第三電極相連形成第二輸出電極，所述懸臂梁為第一輸出電極與所述第二輸出電極配口 ο
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合物絕緣層分別為選自以下材料中的一種: 聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維(再生)海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚異丁烯薄膜、聚氨酯柔性海綿薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸鹽薄膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述懸臂梁為第三高分子聚合物絕緣層，且所述懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機還包括第四電極，所述第四電極的上表面與所述懸臂梁的下表面相連，所述第四電極的第一端與所述固定端的側(cè)面相連。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述第一高分子聚合物絕緣層的下表面和/或所述懸臂梁的上表面設(shè)有微納凹凸結(jié)構(gòu)，所述微納凹凸結(jié)構(gòu)為納米級至微米級的凹凸結(jié)構(gòu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述第一高分子聚合物絕緣層和第三高分子聚合物絕緣層分別為選自以下材料中的一種: 聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維(再生)海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚異丁烯薄膜、聚氨酯柔性海綿薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸鹽薄膜。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述第一高分子聚合物絕緣層和第三高分子聚合物絕緣層的材質(zhì)不同。
17.根據(jù)權(quán)利要求2所述的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機還包括第四高分子聚合物絕緣層，所述第四高分子聚合物絕緣層設(shè)在所述第一高分子聚合物絕緣層和所述懸臂梁之間且所述第四高分子聚合物絕緣層的下表面與所述懸臂梁的上表面相連，所述第四高分子聚合物絕緣層的第一端與所述固定端的側(cè)面相連。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述第一高分子聚合物絕緣層的下表面和/或所述第四高分子聚合物絕緣層的上表面設(shè)有微納凹凸結(jié)構(gòu)，所述微納凹凸結(jié)構(gòu)為納米級至微米級的凹凸結(jié)構(gòu)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述第四高分子聚合物絕緣層為選自以下材料中的一種: 聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維(再生)海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚異丁烯薄膜、聚氨酯柔性海綿薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸鹽薄膜。
20.一種懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機組，其特征在于，包括多個串聯(lián)或并聯(lián)連接的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機，其中所述懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機為根據(jù)權(quán)利要求1-19中任一項所述的懸臂梁結(jié)構(gòu)式摩擦發(fā)電機。
【文檔編號】B32B15/04GK104135186SQ201310163280
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年5月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月3日
【發(fā)明者】鄧楊, 孫利佳 申請人:納米新能源（唐山）有限責(zé)任公司