壓電與摩擦電混合發(fā)電的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種壓電與摩擦電混合發(fā)電機，包括：第一摩擦發(fā)電機；和第一壓電發(fā)電機，其中，該第一壓電發(fā)電機與該第一摩擦發(fā)電機相連。本實用新型提出的壓電與摩擦電混合發(fā)電機，提高了單位面積的輸出功率，具有占地小、效率高的優(yōu)點。
【專利說明】壓電與摩擦電混合發(fā)電機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及納米【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種壓電與摩擦電混合發(fā)電機。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電發(fā)電機的工作原理為:壓電材料受力后表面產(chǎn)生電荷，此電荷經(jīng)電荷放大器和測量電路放大、變換阻抗后就成為正比于所受外力的電量輸出。摩擦發(fā)電機工作原理與壓電發(fā)電機類似，能將機械能轉(zhuǎn)換為電能輸出。壓電發(fā)電機和摩擦發(fā)電機均具有靈活性、、化學穩(wěn)定性和生物相容性等優(yōu)點，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于生物醫(yī)學、聲學、液壓和傳感裝置、微機電系統(tǒng)等領(lǐng)域。
[0003]但是現(xiàn)有的壓電發(fā)電機或摩擦發(fā)電機一般為單個壓電發(fā)電機或者摩擦發(fā)電機，所以現(xiàn)有發(fā)電機存在許多不足之處，主要表現(xiàn)在其單位面積的輸出功率不是很高，導致它的發(fā)電效率較低。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問題之一或至少提供一種有用的商業(yè)選擇。為此，本實用新型的目的在于提出一種輸出功率較高的壓電與摩擦電混合發(fā)電機。
[0005]根據(jù)本實用新型提出的壓電與摩擦電混合發(fā)電機，包括:第一摩擦發(fā)電機；和第一壓電發(fā)電機，所述第一壓電發(fā)電機與所述第一摩擦發(fā)電機相連。
[0006]可選地，其中:所述第一摩擦發(fā)電機進一步包括:第一電極；第一高分子聚合物絕緣層，所述第一高分子聚合物絕緣層位于所述第一電極上方；第二高分子聚合物絕緣層，所述第二高分子聚合物絕緣層位于所述第一高分子聚合物絕緣層上方；第二電極，所述第二電極位于所述第二高分子聚合物絕緣層上方，所述第一壓電發(fā)電機進一步包括:第一壓電納米線陣列，所述第一壓電納米線陣列垂直生長在所述第二電極上方；第三高分子聚合物絕緣層，所述第三高分子聚合物絕緣層位于所述第一壓電納米線陣列上方；第三電極，所述第三電極位于所述第三高分子聚合物絕緣層上方，其中，所述第一電極和所述第二電極是所述第一摩擦發(fā)電機的輸出電極，所述第二電極和第三電極是所述第一壓電發(fā)電機的輸出電極。
[0007]可選地，其中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相對的兩個側(cè)表面中，至少一個側(cè)表面上具有微納結(jié)構(gòu)。
[0008]可選地，所述第一壓電發(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位于所述第二電極與所述第一壓電納米線陣列之間。
[0009]可選地，還包括:第二壓電發(fā)電機，所述第二壓電發(fā)電機進一步包括:第二壓電納米線陣列，所述第二壓電納米線陣列垂直生長在所述第一電極下方；第五高分子聚合物絕緣層，所述第五高分子聚合物絕緣層位于所述第二壓電納米線陣列下方；第四電極，所述第四電極位于所述第五高分子聚合物絕緣層下方，其中，所述第一電極和第四電極是所述第二壓電發(fā)電機的輸出電極。
[0010]可選地，所述第二壓電發(fā)電機還包括:第六高分子聚合物絕緣層，所述第六高分子聚合物絕緣層位于所述第一電極與所述第二壓電納米線陣列之間。
[0011]可選地，其中:所述第一摩擦發(fā)電機進一步包括:第一電極；第一高分子聚合物絕緣層，所述第一高分子聚合物絕緣層位于所述第一電極上方；第二電極，所述第二電極位于所述第一高分子聚合物絕緣層上方，所述第一壓電發(fā)電機進一步包括:第一壓電納米線陣列，所述第一壓電納米線陣列垂直生長在所述第二電極上方；第三高分子聚合物絕緣層，所述第三高分子聚合物絕緣層位于所述第一壓電納米線陣列上方；第三電極，所述第三電極位于所述第三高分子聚合物絕緣層上方，其中，所述第一電極和所述第二電極是所述第一摩擦發(fā)電機的輸出電極，所述第二電極和第三電極是所述第一壓電發(fā)電機的輸出電極。
[0012]可選地，其中所述第一高分子聚合物絕緣層和第二電極相對的兩個側(cè)表面中，至少一個側(cè)表面上具有微納結(jié)構(gòu)。
[0013]可選地，所述第一壓電發(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位于所述第二電極與所述第一壓電納米線陣列之間。
[0014]可選地，還包括:第二壓電發(fā)電機，所述第二壓電發(fā)電機進一步包括:第二壓電納米線陣列，所述第二壓電納米線陣列垂直生長在所述第一電極下方；第五高分子聚合物絕緣層，所述第五高分子聚合物絕緣層位于所述第二壓電納米線陣列下方；第四電極，所述第四電極位于所述第五高分子聚合物絕緣層下方，其中，所述第一電極和第四電極是所述第二壓電發(fā)電機的輸出電極。
[0015]可選地，所述第二壓電發(fā)電機還包括:第六高分子聚合物絕緣層，所述第六高分子聚合物絕緣層位于所述第一電極與所述第二壓電納米線陣列之間。
[0016]可選地，其中:所述第一摩擦發(fā)電機進一步包括:第一電極；第一高分子聚合物絕緣層，所述第一高分子聚合物絕緣層位于所述第一電極上方；居間電極，所述居間電極位于所述第一高分子聚合物絕緣層上方；第二高分子聚合物絕緣層，所述第二高分子聚合物絕緣層位于所述居間電極上方；第二電極，所述第二電極位于所述第二高分子聚合物絕緣層上方，所述第一壓電發(fā)電機進一步包括:第一壓電納米線陣列，所述第一壓電納米線陣列垂直生長在所述第二電極上方；第三高分子聚合物絕緣層，所述第三高分子聚合物絕緣層位于所述第一壓電納米線陣列上方；第三電極，所述第三電極位于所述第三高分子聚合物絕緣層上方，其中，所述第一電極、第二電極以及居間電極構(gòu)成所述第一摩擦發(fā)電機的輸出電極，所述第二電極和第三電極是所述第一壓電發(fā)電機的輸出電極。
[0017]可選地，其中所述居間電極與第一高分子聚合物絕緣層相對的兩個側(cè)表面中，至少一個側(cè)表面上具有微納結(jié)構(gòu)，和/或，所述居間電極和第二高分子聚合物絕緣層相對的兩個側(cè)表面中，至少一個側(cè)表面上具有微納結(jié)構(gòu)。
[0018]可選地，所述第一壓電發(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位于所述第二電極與所述第一壓電納米線陣列之間。
[0019]可選地，還包括:第二壓電發(fā)電機，所述第二壓電發(fā)電機進一步包括:第二壓電納米線陣列，所述第二壓電納米線陣列垂直生長在所述第一電極下方；第五高分子聚合物絕緣層，所述第五高分子聚合物絕緣層位于所述第二壓電納米線陣列下方；第四電極，所述第四電極位于所述第五高分子聚合物絕緣層下方，其中，所述第一電極和第四電極是所述第二壓電發(fā)電機的輸出電極。
[0020]可選地，所述第二壓電發(fā)電機還包括:第六高分子聚合物絕緣層，所述第六高分子聚合物絕緣層位于所述第一電極與所述第二壓電納米線陣列之間。
[0021]本實用新型的另一目的在于提出另一種壓電與摩擦電混合發(fā)電機，其包括至少兩個上述的壓電與摩擦電混合發(fā)電機的組合。
[0022]綜上所述，本實用新型提出的壓電與摩擦電混合發(fā)電機，提高了單位面積的輸出功率，具有占地小、效率高的優(yōu)點。
[0023]本實用新型的附加方面和優(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，或通過本實用新型的實踐了解到。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]本實用新型的上述和/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:
[0025]圖1是本實用新型第一實施例的壓電與摩擦電混合發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是本實用新型第二實施例的壓電與摩擦電混合發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3是本實用新型第三實施例的壓電與摩擦電混合發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖4是本實用新型第四實施例的壓電與摩擦電混合發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖5是本實用新型第五實施例的壓電與摩擦電混合發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖6是本實用新型第六實施例的壓電與摩擦電混合發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖7是本實用新型第七實施例的壓電與摩擦電混合發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖8是本實用新型第八實施例的壓電與摩擦電混合發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖9是本實用新型第九實施例的壓電與摩擦電混合發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0034]下面詳細描述本實用新型的實施例，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，旨在用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。
[0035]在本實用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”、“順
時針”、“逆時針”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實用新型和簡化描述，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實用新型的限制。
[0036]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。在本實用新型的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。
[0037]在本實用新型中，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)語在本實用新型中的具體含義。
[0038]在本實用新型中，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下方和斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0039]本實用新型公開了一種壓電與摩擦電混合發(fā)電機，包括:第一摩擦發(fā)電機10和第一壓電發(fā)電機20，其中，第一壓電發(fā)電機20與第一摩擦發(fā)電機10相連。其中第一摩擦發(fā)電機10利用摩擦發(fā)電原理發(fā)電，第一壓電發(fā)電機20利用壓電發(fā)電原理發(fā)電，二者相連共同發(fā)電，能夠有效提高單位面積的輸出功率。
[0040]圖1是本實用新型一個實施例的壓電與摩擦電混合發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所不，該壓電與摩擦電混合發(fā)電機包括第一摩擦發(fā)電機10和第一壓電發(fā)電機20。具體地:第一摩擦發(fā)電機10進一步包括:第一電極11 ;第一高分子聚合物絕緣層12，第一高分子聚合物絕緣層12位于第一電極11上方；第二高分子聚合物絕緣層14，第二高分子聚合物絕緣層14位于第一高分子聚合物絕緣層12上方；第二電極15，第二電極15位于第二高分子聚合物絕緣層14上方?？蛇x地，其中第一高分子聚合物絕緣層12和第二高分子聚合物絕緣層14相對的兩個側(cè)表面中，至少一個側(cè)表面上具有微納結(jié)構(gòu)13。第一壓電發(fā)電機20進一步包括:第一壓電納米線陣列21，第一壓電納米線陣列21垂直生長在第二電極15上方；第三高分子聚合物絕緣層22，第三高分子聚合物絕緣層22位于第一壓電納米線陣列21上方；第三電極23，第三電極23位于第三高分子聚合物絕緣層22上方。其中，第一電極11和第二電極15是第一摩擦發(fā)電機10的輸出電極，第二電極15和第三電極23是第一壓電發(fā)電機20的輸出電極。
[0041]需要說明的是，圖1所示的壓電與摩擦電混合發(fā)電機中，第一摩擦發(fā)電機10中主要靠第一高分子聚合物絕緣層12和第二高分子聚合物絕緣層14摩擦起電，使第一電極11和第二電極15上產(chǎn)生感應(yīng)電荷，從而在第一電極11和第二電極15之間形成電勢差。
[0042]其中，第一高分子聚合物絕緣層12和第二高分子聚合物絕緣層14可分別選自聚酰亞胺薄膜、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中的一種。第一高分子聚合物絕緣層12和第二高分子聚合物絕緣層14的材料可以相同或不同，由于二者材料相同時摩擦起電產(chǎn)生的電荷量較少，故優(yōu)選二者材料不同。
[0043]其中，第一電極11和第二電極15并不作為摩擦電極使用。因此,第一電極11和第二電極15的材料選擇較廣，可以選自金屬或合金，也可以是其他非金屬電極材料。舉例地:金屬可以是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、錳、鑰、鎢或釩等；合金可以是鋁合金、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、鈮合金或鉭合金等；非金屬材料可以是銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線膜等。
[0044]需要說明的是，圖1所示的壓電與摩擦電混合發(fā)電機中，第一摩擦發(fā)電機10中的微納結(jié)構(gòu)13是可選的，能夠增加摩擦阻力，提高發(fā)電效率。該微納結(jié)構(gòu)13能夠在薄膜制備時直接形成，也能夠用打磨的方法使其所在的材料層表面形成不規(guī)則的微納結(jié)構(gòu)13。具體地，該微納結(jié)構(gòu)13可以是半圓形、條紋狀、立方體型、四棱錐型、或圓柱形等形狀的微納結(jié)構(gòu)13。下文中其他實施例中的微納結(jié)構(gòu)13也具有同樣特征，不再贅述。
[0045]需要說明的是，圖1所示的壓電與摩擦電混合發(fā)電機中，壓電發(fā)電機中的壓電納米線陣列可為氧化鋅納米線陣列，也可以為鈦酸鉛、鈦酸鋇，鈦酸鉍鈉等壓電陶瓷類材料的納米線陣列。下文中其他實施例中的壓電納米線陣列也具有同樣特征，不再贅述。
[0046]其中，第三高分子聚合物絕緣層22的材料選擇可參考上述第一摩擦發(fā)電機10中的第一高分子聚合物絕緣層12和第二高分子聚合物絕緣層14的材料選擇范圍。下文中其他實施例中的第三高分子聚合物絕緣層22也具有同樣特征，不再贅述。
[0047]其中，第三電極23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、鈕、招、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、猛、鑰、鶴或fL;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、鎢合金、鑰合金、鈮合金或鉭合金。下文中其他實施例中的第三電極23也具有同樣特征，不再贅述。
[0048]由上可知，上述的壓電與摩擦電混合發(fā)電機能夠增大發(fā)電機的輸出電流和/或電壓，有效提高單位面積的輸出功率。
[0049]可選地，為了防止電子在內(nèi)部中和以及保護壓電納米線陣列，第一壓電發(fā)電機20還包括:第四高分子聚合物絕緣層24，第四高分子聚合物絕緣層24位于第二電極15與第一壓電納米線陣列21之間。該具有第四高分子聚合物絕緣層24的壓電與摩擦電混合發(fā)電機可參考圖2。其中，該第四高分子聚合物絕緣層24的材料選擇可參考上述第一摩擦發(fā)電機10中的第一高分子聚合物絕緣層12和第二高分子聚合物絕緣層14的材料選擇范圍。下文中其他實施例中的第四高分子聚合物絕緣層24具有同樣特征，不再贅述。
[0050]可選地，為了進一步增大輸出電流和/或電壓，本實用新型的壓電與摩擦電混合發(fā)電機還包括:第二壓電發(fā)電機30。其中，第二壓電發(fā)電機30進一步包括:第二壓電納米線陣列31，第二壓電納米線陣列31垂直生長在第一電極11下方；第五高分子聚合物絕緣層32，第五高分子聚合物絕緣層32位于第二壓電納米線陣列31下方；第四電極33，第四電極33位于第五高分子聚合物絕緣層32下方。其中，第一電極11和第四電極33是第二壓電發(fā)電機30的輸出電極。該具有第二壓電發(fā)電機30的壓電與摩擦電混合發(fā)電機可參考圖
3。優(yōu)選地，第二壓電發(fā)電機30還包括:第六高分子聚合物絕緣層34，第六高分子聚合物絕緣層34位于第一電極11與第二壓電納米線陣列31之間。其中，第二壓電發(fā)電機30的各層的材料選擇可參考第一壓電發(fā)電機20中對應(yīng)層，具體不再贅述。
[0051]需要說明的是，圖3所示的包括兩個壓電發(fā)電機和一個摩擦發(fā)電機的混合發(fā)電機中，用于防止電子在內(nèi)部中和以及保護壓電納米線陣列的第四高分子聚合物絕緣層24和第六高分子聚合物絕緣層34是獨立可選的。即，可以在摩擦發(fā)電機的上下兩側(cè)分別設(shè)置有三層結(jié)構(gòu)的壓電發(fā)電機；也可以在摩擦發(fā)電機的上下兩側(cè)分別設(shè)置有四層結(jié)構(gòu)的壓電發(fā)電機；還可以在摩擦發(fā)電機上下兩側(cè)中的任意一側(cè)設(shè)置三層結(jié)構(gòu)的壓電發(fā)電機，另一側(cè)設(shè)置四層結(jié)構(gòu)的壓電發(fā)電機。
[0052]圖4是本實用新型另一個實施例的壓電與摩擦電混合發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所不，該壓電與摩擦電混合發(fā)電機包括第一摩擦發(fā)電機10和第一壓電發(fā)電機20。具體地:第一摩擦發(fā)電機10進一步包括:第一電極11 ;第一高分子聚合物絕緣層12，第一高分子聚合物絕緣層12位于第一電極11上方；第二電極15，第二電極15位于第一高分子聚合物絕緣層12上方。可選地，其中第一高分子聚合物絕緣層12和第二電極15相對的兩個側(cè)表面中，至少一個側(cè)表面上具有微納結(jié)構(gòu)13。第一壓電發(fā)電機20進一步包括:第一壓電納米線陣列21，第一壓電納米線陣列21垂直生長在第二電極15上方；第三高分子聚合物絕緣層22，第三高分子聚合物絕緣層22位于第一壓電納米線陣列21上方；第三電極23，第三電極23位于第三高分子聚合物絕緣層22上方。其中，第一電極11和第二電極15是第一摩擦發(fā)電機10的輸出電極，第二電極15和第三電極23是第一壓電發(fā)電機20的輸出電極。
[0053]需要說明的是，圖4所示的壓電與摩擦電混合發(fā)電機中，第一摩擦發(fā)電機10中主要靠第一高分子聚合物絕緣層12和第二電極15摩擦起電。根據(jù)科學研究發(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能夠提高能量輸出。
[0054]其中，第一高分子聚合物絕緣層12可選自聚酰亞胺薄膜、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中的一種。
[0055]其中，第二電極15由于需要作為摩擦電極與第一高分子聚合物絕緣層12進行摩擦，因此其材料可以選自金屬或合金，其中金屬可以是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、猛、鑰、鶴或鑰;；合金可以是招合金、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。
[0056]其中，第一電極11由于不需要進行摩擦，因此，第一電極11的材料選擇較廣，可以選自金屬或合金，也可以是其他非金屬電極材料。舉例地:金屬可以是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、錳、鑰、鎢或釩等；合金可以是鋁合金、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、銀合金或鉭合金等；非金屬材料可以是銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線膜等。
[0057]由上可知，上述的壓電與摩擦電混合發(fā)電機能夠增大發(fā)電機的輸出電流和/或電壓，有效提高單位面積的輸出功率。
[0058]可選地，為了防止電子在內(nèi)部中和以及保護壓電納米線陣列，第一壓電發(fā)電機20還包括:第四高分子聚合物絕緣層24，第四高分子聚合物絕緣層24位于第二電極15與第一壓電納米線陣列21之間。該具有第四高分子聚合物絕緣層24的壓電與摩擦電混合發(fā)電機可參考圖5。
[0059]可選地，為了進一步增大輸出電流和/或電壓，本實用新型的壓電與摩擦電混合發(fā)電機還包括:第二壓電發(fā)電機30。其中，第二壓電發(fā)電機30進一步包括:第二壓電納米線陣列31，第二壓電納米線陣列31垂直生長在第一電極11下方；第五高分子聚合物絕緣層32，第五高分子聚合物絕緣層32位于第二壓電納米線陣列31下方；第四電極33，第四電極33位于第五高分子聚合物絕緣層32下方。其中，第一電極11和第四電極33是第二壓電發(fā)電機30的輸出電極。該具有第二壓電發(fā)電機30的壓電與摩擦電混合發(fā)電機可參考圖
6。優(yōu)選地，第二壓電發(fā)電機30還包括:第六高分子聚合物絕緣層34，第六高分子聚合物絕緣層34位于第一電極11與第二壓電納米線陣列31之間。
[0060]需要說明的是，圖6所示的包括兩個壓電發(fā)電機和一個摩擦發(fā)電機的混合發(fā)電機中，用于防止電子在內(nèi)部中和以及保護壓電納米線陣列的第四高分子聚合物絕緣層24和第六高分子聚合物絕緣層34是獨立可選的。即，可以在摩擦發(fā)電機的上下兩側(cè)分別設(shè)置有三層結(jié)構(gòu)的壓電發(fā)電機；也可以在摩擦發(fā)電機的上下兩側(cè)分別設(shè)置有四層結(jié)構(gòu)的壓電發(fā)電機；還可以在摩擦發(fā)電機上下兩側(cè)中的任意一側(cè)設(shè)置三層結(jié)構(gòu)的壓電發(fā)電機，另一側(cè)設(shè)置四層結(jié)構(gòu)的壓電發(fā)電機。
[0061]圖7是本實用新型又一個實施例的壓電與摩擦電混合發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖7所不，該壓電與摩擦電混合發(fā)電機包括第一摩擦發(fā)電機10和第一壓電發(fā)電機20。具體地:第一摩擦發(fā)電機10進一步包括:第一電極11 ;第一高分子聚合物絕緣層12，第一高分子聚合物絕緣層12位于第一電極11上方；居間電極16，居間電極16位于第一高分子聚合物絕緣層12上方；第二高分子聚合物絕緣層14，第二高分子聚合物絕緣層14位于居間電極16上方；第二電極15，第二電極15位于第二高分子聚合物絕緣層14上方?？蛇x地，其中居間電極16與第一高分子聚合物絕緣層12相對的兩個側(cè)表面中，至少一個側(cè)表面上具有微納結(jié)構(gòu)13 (圖中未示出)，和/或，居間電極16與第二高分子聚合物絕緣層14相對的兩個側(cè)表面中，至少一個側(cè)表面上具有微納結(jié)構(gòu)13 (圖中未不出)。第一壓電發(fā)電機20進一步包括:第一壓電納米線陣列21，第一壓電納米線陣列21垂直生長在第二電極15上方；第三高分子聚合物絕緣層22，第三高分子聚合物絕緣層22位于第一壓電納米線陣列21上方；第三電極23，第三電極23位于第三高分子聚合物絕緣層22上方。其中，第一電極11、第二電極15與居間電極16構(gòu)成第一摩擦發(fā)電機10的輸出電極，第二電極15和第三電極23是第一壓電發(fā)電機20的輸出電極。
[0062]需要說明的是，圖7所示的壓電與摩擦電混合發(fā)電機中，第一摩擦發(fā)電機10中主要靠第一高分子聚合物絕緣層12與居間電極16摩擦起電，以及第二高分子聚合物絕緣層14與居間電極16摩擦起電。圖7所示的壓電與摩擦電混合發(fā)電機中，第一摩擦發(fā)電機10相當于兩層高分子聚合物同時與居間電極摩擦起電，因此采用居間電極分別同時與兩側(cè)的高分子聚合物摩擦能夠提高能量輸出。。
[0063]其中，第一高分子聚合物絕緣層12和第二高分子聚合物絕緣層14可分別選自聚酰亞胺薄膜、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中的一種。第一高分子聚合物絕緣層12和第二高分子聚合物絕緣層14的材料可以相同或不同。
[0064]其中，第一電極11和第二電極15并不作為摩擦電極使用。第一電極11和第二電極15的材料選擇較廣，可以選自金屬或合金，也可以是其他非金屬電極材料。舉例地:金屬可以是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、錳、鑰、鎢或釩等；合金可以是鋁合金、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、鈮合金或鉭合金等；非金屬材料可以是銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線膜等。
[0065]其中，居間電極16由于需要作為摩擦電極分別與兩側(cè)的第一高分子聚合物絕緣層12和第二高分子聚合物絕緣層14進行摩擦，因此其材料可以選自金屬或合金，其中金屬可以是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、錳、鑰、鎢或釩；合金可以是鋁合金、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。
[0066]由上可知，上述的壓電與摩擦電混合發(fā)電機能夠增大發(fā)電機的輸出電流和/或電壓，有效提高單位面積的輸出功率。
[0067]可選地，為了防止電子在內(nèi)部中和以及保護壓電納米線陣列，第一壓電發(fā)電機20還包括:第四高分子聚合物絕緣層24，第四高分子聚合物絕緣層24位于第二電極15與第一壓電納米線陣列21之間。該具有第四高分子聚合物絕緣層24的壓電與摩擦電混合發(fā)電機可參考圖8。
[0068]可選地，為了進一步增大輸出電流和/或電壓，本實用新型的壓電與摩擦電混合發(fā)電機還包括:第二壓電發(fā)電機30。其中，第二壓電發(fā)電機30進一步包括:第二壓電納米線陣列31，第二壓電納米線陣列31垂直生長在第一電極11下方；第五高分子聚合物絕緣層32，第五高分子聚合物絕緣層32位于第二壓電納米線陣列31下方；第四電極33，第四電極33位于第五高分子聚合物絕緣層32下方。其中，第一電極11和第四電極33是第二壓電發(fā)電機30的輸出電極。該具有第二壓電發(fā)電機30的壓電與摩擦電混合發(fā)電機可參考圖
9。優(yōu)選地，第二壓電發(fā)電機30還包括:第六高分子聚合物絕緣層34，第六高分子聚合物絕緣層34位于第一電極11與第二壓電納米線陣列31之間。
[0069]需要說明的是，圖9所示的包括兩個壓電發(fā)電機和一個摩擦發(fā)電機的混合發(fā)電機中，用于為了防止電子在內(nèi)部中和以及保護壓電納米線陣列的第四高分子聚合物絕緣層24和第六高分子聚合物絕緣層34是獨立可選的。即，可以在摩擦發(fā)電機的上下兩側(cè)分別設(shè)置有三層結(jié)構(gòu)的壓電發(fā)電機；也可以在摩擦發(fā)電機的上下兩側(cè)分別設(shè)置有四層結(jié)構(gòu)的壓電發(fā)電機；還可以在摩擦發(fā)電機上下兩側(cè)中的任意一側(cè)設(shè)置三層結(jié)構(gòu)的壓電發(fā)電機，另一側(cè)設(shè)置四層結(jié)構(gòu)的壓電發(fā)電機。
[0070]為了更加有效地提高單位面積的輸出功率，提高發(fā)電效率，本實用新型還提出一種壓電與摩擦電混合發(fā)電機，其包括至少兩個上述的壓電與摩擦電混合發(fā)電機的組合。[0071]為了說明本實用新型的效果，我們進行了以下對比實驗。使用周期振蕩(0.33Hz和0.13%的形變)的步進電機分別對樣品面積為3*3cm2的摩擦發(fā)電機、壓電發(fā)電機和壓電與摩擦電混合發(fā)電機進行周期的彎曲和釋放。得到的測試結(jié)果為:摩擦發(fā)電機的最大輸出電壓和電流信號分別是了 100V和6uA ;壓電發(fā)電機的最大輸出電壓和電流信號分別是IOV和2uA左右；而圖1所示的壓電與摩擦電混合的最大輸出電壓和電流信號分別是102V和6_7uA0
[0072]綜上所述，本實用新型提出的壓電與摩擦電混合發(fā)電機，提高了單位面積的輸出功率，具有占地小、效率高的優(yōu)點。
[0073]、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實用新型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。
[0074]盡管上面已經(jīng)示出和描述了本實用新型的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本實用新型的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本實用新型的原理和宗旨的情況下在本實用新型的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。
【權(quán)利要求】
1.一種壓電與摩擦電混合發(fā)電機，其特征在于，包括: 第一摩擦發(fā)電機；和 第一壓電發(fā)電機，所述第一壓電發(fā)電機與所述第一摩擦發(fā)電機相連。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電與摩擦電混合發(fā)電機，其特征在于，其中: 所述第一摩擦發(fā)電機進一步包括: 第一電極； 第一高分子聚合物絕緣層，所述第一高分子聚合物絕緣層位于所述第一電極上方；第二高分子聚合物絕緣層，所述第二高分子聚合物絕緣層位于所述第一高分子聚合物絕緣層上方； 第二電極，所述第二電極位于所述第二高分子聚合物絕緣層上方， 所述第一壓電發(fā)電機進一步包括: 第一壓電納米線陣列，所述第一壓電納米線陣列垂直生長在所述第二電極上方； 第三高分子聚合物絕緣層，所述第三高分子聚合物絕緣層位于所述第一壓電納米線陣列上方； 第三電極，所述第三電極位于所述第三高分子聚合物絕緣層上方， 其中，所述第一電極和所述第二電極是所述第一摩擦發(fā)電機的輸出電極，所述第二電極和第三電極是所述第一壓電發(fā) 電機的輸出電極。
3.如權(quán)利要求2所述的壓電與摩擦電混合發(fā)電機，其特征在于，其中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相對的兩個側(cè)表面中，至少一個側(cè)表面上具有微納結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的壓電與摩擦電混合發(fā)電機，其特征在于，所述第一壓電發(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位于所述第二電極與所述第一壓電納米線陣列之間。
5.如權(quán)利要求2-4任一項所述的壓電與摩擦電混合發(fā)電機，其特征在于，還包括: 第二壓電發(fā)電機，所述第二壓電發(fā)電機進一步包括: 第二壓電納米線陣列，所述第二壓電納米線陣列垂直生長在所述第一電極下方； 第五高分子聚合物絕緣層，所述第五高分子聚合物絕緣層位于所述第二壓電納米線陣列下方； 第四電極，所述第四電極位于所述第五高分子聚合物絕緣層下方， 其中，所述第一電極和第四電極是所述第二壓電發(fā)電機的輸出電極。
6.如權(quán)利要求5所述的壓電與摩擦電混合發(fā)電機，其特征在于，所述第二壓電發(fā)電機還包括:第六高分子聚合物絕緣層，所述第六高分子聚合物絕緣層位于所述第一電極與所述第二壓電納米線陣列之間。
7.如權(quán)利要求1所述的壓電與摩擦電混合發(fā)電機，其特征在于，其中: 所述第一摩擦發(fā)電機進一步包括: 第一電極； 第一高分子聚合物絕緣層，所述第一高分子聚合物絕緣層位于所述第一電極上方； 第二電極，所述第二電極位于所述第一高分子聚合物絕緣層上方， 所述第一壓電發(fā)電機進一步包括:第一壓電納米線陣列，所述第一壓電納米線陣列垂直生長在所述第二電極上方； 第三高分子聚合物絕緣層，所述第三高分子聚合物絕緣層位于所述第一壓電納米線陣列上方； 第三電極，所述第三電極位于所述第三高分子聚合物絕緣層上方， 其中，所述第一電極和所述第二電極是所述第一摩擦發(fā)電機的輸出電極，所述第二電極和第三電極是所述第一壓電發(fā)電機的輸出電極。
8.如權(quán)利要求7所述的壓電與摩擦電混合發(fā)電機，其特征在于，其中所述第一高分子聚合物絕緣層和第二電極相對的兩個側(cè)表面中，至少一個側(cè)表面上具有微納結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求7或8所述的壓電與摩擦電混合發(fā)電機，其特征在于，所述第一壓電發(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位于所述第二電極與所述第一壓電納米線陣列之間。
10.如權(quán)利要求7-9任一項所述的壓電與摩擦電混合發(fā)電機，其特征在于，還包括: 第二壓電發(fā)電機，所述第二壓電發(fā)電機進一步包括: 第二壓電納米線陣列，所述第二壓電納米線陣列垂直生長在所述第一電極下方； 第五高分子聚合物絕緣層，所述第五高分子聚合物絕緣層位于所述第二壓電納米線陣列下方； 第四電極，所述第四電極位于所述第五高分子聚合物絕緣層下方，` 其中，所述第一電極和第四電極是所述第二壓電發(fā)電機的輸出電極。
11.如權(quán)利要求10所述的壓電與摩擦電混合發(fā)電機，其特征在于，所述第二壓電發(fā)電機還包括:第六高分子聚合物絕緣層，所述第六高分子聚合物絕緣層位于所述第一電極與所述第二壓電納米線陣列之間。
12.如權(quán)利要求1所述的壓電與摩擦電混合發(fā)電機，其特征在于，其中: 所述第一摩擦發(fā)電機進一步包括: 第一電極； 第一高分子聚合物絕緣層，所述第一高分子聚合物絕緣層位于所述第一電極上方； 居間電極，所述居間電極位于所述第一高分子聚合物絕緣層上方； 第二高分子聚合物絕緣層，所述第二高分子聚合物絕緣層位于所述居間電極上方； 第二電極，所述第二電極位于所述第二高分子聚合物絕緣層上方， 所述第一壓電發(fā)電機進一步包括: 第一壓電納米線陣列，所述第一壓電納米線陣列垂直生長在所述第二電極上方； 第三高分子聚合物絕緣層，所述第三高分子聚合物絕緣層位于所述第一壓電納米線陣列上方； 第三電極，所述第三電極位于所述第三高分子聚合物絕緣層上方， 其中，所述第一電極、第二電極以及居間電極構(gòu)成所述第一摩擦發(fā)電機的輸出電極，所述第二電極和第三電極是所述第一壓電發(fā)電機的輸出電極。
13.如權(quán)利要求12所述的壓電與摩擦電混合發(fā)電機，其特征在于，其中所述居間電極與第一高分子聚合物絕緣層相對的兩個側(cè)表面中，至少一個側(cè)表面上具有微納結(jié)構(gòu)，和/或，所述居間電極和第二高分子聚合物絕緣層相對的兩個側(cè)表面中，至少一個側(cè)表面上具有微納結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求12或13所述的壓電與摩擦電混合發(fā)電機，其特征在于，所述第一壓電發(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位于所述第二電極與所述第一壓電納米線陣列之間。
15.如權(quán)利要求12-14任一項所述的壓電與摩擦電混合發(fā)電機，其特征在于，還包括: 第二壓電發(fā)電機，所述第二壓電發(fā)電機進一步包括: 第二壓電納米線陣列，所述第二壓電納米線陣列垂直生長在所述第一電極下方； 第五高分子聚合物絕緣層，所述第五高分子聚合物絕緣層位于所述第二壓電納米線陣列下方； 第四電極，所述第四電極位于所述第五高分子聚合物絕緣層下方， 其中，所述第一電極和第四電極是所述第二壓電發(fā)電機的輸出電極。
16.如權(quán)利要求15所述的壓電與摩擦電混合發(fā)電機，其特征在于，所述第二壓電發(fā)電機還包括:第六高分子聚合物絕緣層，所述第六高分子聚合物絕緣層位于所述第一電極與所述第二壓電納米線陣列之間。
17.一種壓電與摩擦電混合發(fā)電機，其特征在于，包括至少兩個如權(quán)利要求1-16之一所述的壓電與摩擦電混合發(fā)電 機的組合。
【文檔編號】H02N1/04GK203377812SQ201320377893
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月27日
【發(fā)明者】徐傳毅 申請人:納米新能源（唐山）有限責任公司