基于摩擦起電的運動軌跡記憶裝置及記憶方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及運動軌跡的記憶與傳感技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種基于摩擦起電效應(yīng)與鐵電材料相結(jié)合的運動軌跡記憶裝置及記憶方法。
【背景技術(shù)】
[0002]最近幾年，世界各國科學(xué)家都在積極開發(fā)各種新型環(huán)保發(fā)電方式，為了解決環(huán)境的污染問題以及降低發(fā)電成本。從2012年開始，本發(fā)明的發(fā)明人就開始嘗試使用摩擦電和靜電等普遍的現(xiàn)象,去收集并利用人們一舉一動中產(chǎn)生的電能,進(jìn)而研發(fā)出了一系列的摩擦發(fā)電機(jī)。
[0003]另一方面，利用鐵電材料的自發(fā)極化特性實現(xiàn)電子信號的記憶存儲也是一個很有潛力的方向。尤其是考慮有機(jī)聚合物類的鐵電材料有著制備工藝靈活和質(zhì)地柔軟的特性，可以在柔性電子領(lǐng)域有極具潛力的應(yīng)用。如果能將基于摩擦起電的自供能發(fā)電裝置與之相結(jié)合，那么在節(jié)省能源的同時可以實現(xiàn)對運動軌跡的記憶。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一)要解決的技術(shù)問題
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種利用摩擦起電和鐵電效應(yīng)相結(jié)合的記憶裝置與記憶方法，以實現(xiàn)摩擦發(fā)電和位移傳感器的集成一體化，實現(xiàn)對運動物的運動軌跡的記憶和存儲。
[0006]( 二)技術(shù)方案
[0007]為解決上述問題，本發(fā)明提出一種基于摩擦起電的運動軌跡記憶裝置，該裝置包括摩擦層、鐵電層、電極層和運動物，其中，所述摩擦層由介電材料構(gòu)成，其與所述運動物能發(fā)生相對運動，從而在所述摩擦層和所述運動物上分別產(chǎn)生性質(zhì)相反的電荷；所述運動物與所述電極層之間電性連接，由此，所述運動物上的電荷能夠被傳導(dǎo)至所述電極層；所述鐵電層位于所述摩擦層與所述電極層之間，由鐵電材料構(gòu)成，所述摩擦層上的電荷與所述電極層上的電荷所產(chǎn)生的極化電場能改變所述鐵電層中電偶極子的極化方向。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，所述鐵電層的自發(fā)極化方向與所述極化電場相反。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，所述摩擦層為柔性介電材料；所述鐵電層為柔性鐵電材料。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，所述摩擦層的材料為聚酯樹脂、聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物，或聚酰亞胺；所述鐵電層的材料為聚偏氟乙烯及其衍生物。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，所述鐵電層的鐵電材料滿足Ee < O / ε，其中Ec為該鐵電材料的矯頑電場強(qiáng)度，0為產(chǎn)生所述極化電場的電荷密度，ε為該鐵電材料的介電常數(shù)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，所述鐵電層與所述摩擦層是相互貼合的薄膜，且二者相互絕緣。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，所述鐵電層與所述摩擦層的厚度均為I?100 μ m。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，所述摩擦層與所述運動物體之間的相對運動是沿二者的接觸面的滑動摩擦運動。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，所述運動物從與所述摩擦層不接觸的位置移動至與所述摩擦層接觸后在該摩擦層的表面沿一條運動軌跡滑動，并再次移動至不與所述摩擦層接觸的位置，所述鐵電層的位于與所述軌跡相對應(yīng)的區(qū)域的電偶極子的極化方向被所述極化電場改變。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，所述運動物從遠(yuǎn)離所述摩擦層的位置移動至與所述摩擦層接觸，接著又從接觸位置遠(yuǎn)離所述摩擦層，所述鐵電層的位于與所述接觸位置相對應(yīng)的區(qū)域的電偶極子的極化方向被所述極化電場改變。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，所述電極層與所述鐵電層相互貼合但絕緣。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，所述運動物整體為導(dǎo)體；或者，所述運動物部分為導(dǎo)體，部分為絕緣體，所述運動物的導(dǎo)體部分與所述電極層之間電性連接。
[0019]本發(fā)明還提出一種基于摩擦起電的運動軌跡記憶方法，包括如下步驟:將一個鐵電層設(shè)置于一個摩擦層與一個電極層之間，該摩擦層由介電材料構(gòu)成，該鐵電層由鐵電材料構(gòu)成；使一個與所述電極層電性連接的運動物與所述摩擦層發(fā)生相對運動，以便在所述摩擦層和所述運動物上分別產(chǎn)生性質(zhì)相反的電荷，且該運動物上的電荷被傳導(dǎo)至所述電極層；所述摩擦層上的電荷與所述電極層上的電荷所產(chǎn)生的極化電場改變所述鐵電層中電偶極子的極化方向。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，使所述鐵電層的自發(fā)極化方向與所述極化電場相反。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，所述摩擦層為柔性介電材料；所述鐵電層為柔性鐵電材料。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，所述摩擦層的材料為聚酯樹脂、聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物，或聚酰亞胺；所述鐵電層的材料為聚偏氟乙烯及其衍生物。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，所述鐵電層的鐵電材料滿足Ee < σ / ε，其中Ec為該鐵電材料的矯頑電場強(qiáng)度，0為產(chǎn)生所述極化電場的電荷密度，ε為該鐵電材料的介電常數(shù)。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，將所述鐵電層與所述摩擦層制成薄膜且相互貼合，且二者相互絕緣。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，所述鐵電層與所述摩擦層的厚度均為I?100 μ m。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，使所述摩擦層與所述運動物體之間的相對運動是沿二者的接觸面的滑動摩擦運動。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，使所述運動物從與所述摩擦層不接觸的位置移動至與所述摩擦層接觸后在該摩擦層的表面沿一條運動軌跡滑動，并再次移動至不與所述摩擦層接觸的位置，所述鐵電層的位于與所述軌跡相對應(yīng)的區(qū)域的電偶極子的極化方向被所述極化電場改變。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，使所述運動物從遠(yuǎn)離所述摩擦層的位置移動至與所述摩擦層接觸，接著又從接觸位置遠(yuǎn)離所述摩擦層，所述鐵電層的位于與所述接觸位置相對應(yīng)的區(qū)域的電偶極子的極化方向被所述極化電場改變。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，使所述電極層與所述鐵電層相互貼合但絕緣。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，所述運動物整體為導(dǎo)體；或者，所述運動物部分為導(dǎo)體，部分為絕緣體，所述運動物的導(dǎo)體部分與所述電極層之間電性連接，絕緣部分與所述摩擦層發(fā)生相對運動。
[0031](三)有益效果
[0032]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，且具有很高的靈敏度，同時，本發(fā)明所記憶存儲的邏輯信號具有不錯的穩(wěn)定性和可靠性，可以在無外接電源的情況下直接將機(jī)械運動轉(zhuǎn)化成可以儲存的邏輯電信號，實現(xiàn)自驅(qū)動的記憶存儲。
【附圖說明】
[0033]圖1是本發(fā)明的基于摩擦起電的運動軌跡記憶裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2是本發(fā)明的基于摩擦起電的運動軌跡記憶裝置一種工作方式的原理圖；
[0035]圖3是本發(fā)明的基于摩擦起電的運動軌跡記憶裝置另一種工作方式的原理圖；
[0036]圖4是本發(fā)明的一個實施例的運動軌跡記憶裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖5是本發(fā)明的另一個實施例的運動軌跡記憶裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0038]圖1是本發(fā)明的基于摩擦起電的運動軌跡記憶裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該記憶裝置包括摩擦層1、鐵電層2、電極層3和運動物4。摩擦層I與運動物4能發(fā)生相對運動，從而在摩擦層I和運動物4上分別產(chǎn)生性質(zhì)相反的電荷。運動物4與電極層3之間電性連接，例如通過導(dǎo)線5連接，由此，運動物4上的電荷能夠被傳導(dǎo)至電極層4。