一種摩擦發(fā)電的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種摩擦發(fā)電機，其利用摩擦效應(yīng)來發(fā)電從而能夠?qū)C械能轉(zhuǎn)化成電能，而且組成該摩擦發(fā)電機的材料廉價且發(fā)電過程中無污染，實現(xiàn)了環(huán)保節(jié)能的目的。該摩擦發(fā)電機包括：由居間導(dǎo)體和位于居間導(dǎo)體中的第一集電軸構(gòu)成的第一電極；由位于居間導(dǎo)體的兩側(cè)的導(dǎo)電滾軸和位于導(dǎo)電滾軸中的第二集電軸構(gòu)成的第二電極；圍繞導(dǎo)電滾軸和居間導(dǎo)體的外周設(shè)置以帶動居間導(dǎo)體兩側(cè)的導(dǎo)電滾軸轉(zhuǎn)動的導(dǎo)電傳送帶；以及固定在居間導(dǎo)體的表面上的多個第一薄膜層和固定在導(dǎo)電傳送帶的內(nèi)表面上的多個第二薄膜層，第一薄膜層與第二薄膜層之間存在著摩擦電極序差異，并且在導(dǎo)電傳送帶滑動時，第一薄膜層與第二薄膜層之間能夠通過摩擦生電。
【專利說明】一種摩擦發(fā)電機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及發(fā)電領(lǐng)域，具體地，涉及一種摩擦發(fā)電機。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電方式主要是水力發(fā)電、火力發(fā)電、太陽能發(fā)電、化學(xué)能發(fā)電、核燃料發(fā)電等，這些發(fā)電方式不但會消耗大量的自然資源、造成大量的污染，而且會因發(fā)電資源和電流在運輸過程中存在大量損失而增加發(fā)電和用電成本。為了解決由于傳統(tǒng)發(fā)電所導(dǎo)致的一系列環(huán)境污染問題以及降低成本，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。
[0003]通常來講，發(fā)電機是一種能夠生成電荷、將正負(fù)電荷分開、并用電勢產(chǎn)生的電荷驅(qū)動自由電子流的裝置，它能夠以電磁、壓電、熱電、甚至靜電效應(yīng)為基礎(chǔ)。摩擦電和靜電現(xiàn)象是一種非常普遍的現(xiàn)象，存在于我們?nèi)粘Ｉ钪械母鱾€層面，例如從走路到開車等等。由于摩擦電和靜電很難被收集和利用，所以往往是被人們忽略的一種能源形式。如果能夠通過一種新的方法收集摩擦產(chǎn)生的電能或者利用該方法將日常生活中不規(guī)則的動能轉(zhuǎn)成能夠利用的電能，則將對人們的日常生活產(chǎn)生重要影響。在2013年，佐治亞理工學(xué)院的王中林教授發(fā)表在《納米快報》上的關(guān)于平板式滑動摩擦納米發(fā)電機原理結(jié)構(gòu)，就解決了這一問題。他在文章中提出了基于平板結(jié)構(gòu)，利用兩層高分子絕緣層之間的負(fù)電性差異，利用摩擦導(dǎo)致的相對滑動來在外部電路中產(chǎn)生電流。但是該發(fā)電機是利用線性馬達(dá)使得上層的平板結(jié)構(gòu)發(fā)生滑動，從而使得尼龍層和PTFE層中的摩擦電荷發(fā)生相對滑動，多余的電荷在介質(zhì)層中產(chǎn)生電勢差，推動外部電路中電子的移動而形成電流。但是利用線性馬達(dá)嚴(yán)重制約了摩擦發(fā)電機的實際應(yīng)用范圍，無法使其得到更加廣泛的應(yīng)用。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的是提供一種摩擦發(fā)電機，該摩擦發(fā)電機利用摩擦效應(yīng)來發(fā)電，從而能夠?qū)C械能轉(zhuǎn)化成電能，而且組成該摩擦發(fā)電機的材料廉價且發(fā)電過程中無污染，實現(xiàn)了環(huán)保節(jié)能的目的。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種摩擦發(fā)電機，該摩擦發(fā)電機包括:
[0006]由居間導(dǎo)體和位于所述居間導(dǎo)體中的第一集電軸構(gòu)成的第一電極；
[0007]由位于所述居間導(dǎo)體的兩側(cè)的導(dǎo)電滾軸和位于所述導(dǎo)電滾軸中的第二集電軸構(gòu)成的第二電極；
[0008]圍繞所述導(dǎo)電滾軸和所述居間導(dǎo)體的外周設(shè)置以帶動所述居間導(dǎo)體兩側(cè)的導(dǎo)電滾軸轉(zhuǎn)動的導(dǎo)電傳送帶；以及
[0009]固定在所述居間導(dǎo)體的表面上的多個第一薄膜層和固定在所述導(dǎo)電傳送帶的內(nèi)表面上的多個第二薄膜層，所述第一薄膜層與所述第二薄膜層之間存在著摩擦電極序差異，并且在所述導(dǎo)電傳送帶滑動時，所述第一薄膜層與所述第二薄膜層之間能夠通過摩擦生電。[0010]通過上述技術(shù)方案，由于在導(dǎo)電傳送帶滑動時會帶動固定在該導(dǎo)電傳送帶上的第二薄膜層運動，從而能夠利用存在著摩擦電極序差異的第一薄膜層與第二薄膜層之間的相對滑動來產(chǎn)生電勢差以進行發(fā)電，所以既環(huán)保又方便。
[0011]本實用新型的其他特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細(xì)說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]附圖是用來提供對本實用新型的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的【具體實施方式】一起用于解釋本實用新型，但并不構(gòu)成對本實用新型的限制。在附圖中:
[0013]圖1是根據(jù)本實用新型一種實施方式的摩擦發(fā)電機的剖面圖；
[0014]圖2是根據(jù)本實用新型另一實施方式的摩擦發(fā)電機的剖面圖；以及
[0015]圖3是根據(jù)本實用新型一種實施方式的摩擦發(fā)電機的工作原理圖。
【具體實施方式】
[0016]以下結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限制本實用新型。
[0017]在本實用新型中，在未作相反說明的情況下，使用的方位詞如“上、下、左、右”通常是指根據(jù)本實用新型的摩擦發(fā)電機正常使用時的狀態(tài)。
[0018]如圖1所示，根據(jù)本實用新型一種實施方式的摩擦發(fā)電機包括:由居間導(dǎo)體I和位于所述居間導(dǎo)體I中的第一集電軸2構(gòu)成的第一電極；由位于所述居間導(dǎo)體I的兩側(cè)的導(dǎo)電滾軸3和位于所述導(dǎo)電滾軸3中的第二集電軸4構(gòu)成的第二電極；圍繞所述導(dǎo)電滾軸3和所述居間導(dǎo)體I的外周設(shè)置以帶動所述居間導(dǎo)體I兩側(cè)的導(dǎo)電滾軸3轉(zhuǎn)動的導(dǎo)電傳送帶7 ;以及固定在所述居間導(dǎo)體I的表面上的多個第一薄膜層5和固定在所述導(dǎo)電傳送帶7的內(nèi)表面上的多個第二薄膜層6，所述第一薄膜層5與所述第二薄膜層6之間存在著摩擦電極序差異，并且在所述導(dǎo)電傳送帶7滑動時，所述第一薄膜層5與所述第二薄膜層6之間能夠通過摩擦生電。
[0019]雖然在圖1中不出第一薄膜層5位于居間導(dǎo)體I的上表面和下表面上,但是第一薄膜層5可以只位于居間導(dǎo)體I的上表面上或者下表面上。
[0020]另外，第一集電軸2可以位于居間導(dǎo)體中的任何位置處，優(yōu)選位于居間導(dǎo)體I的中央位置處。第二集電軸4可以位于導(dǎo)電滾軸3中的任何位置處，優(yōu)選位于導(dǎo)電滾軸3的中央位置處。
[0021]在根據(jù)本實用新型的一種優(yōu)選實施方式中，為了能夠提高根據(jù)本實用新型的摩擦發(fā)電機的發(fā)電效率，優(yōu)選使得第一薄膜層5與第二薄膜層6在導(dǎo)電傳送帶7滑動的方向上的長度相同，而且第一薄膜層5之間的間距以及第二薄膜層6之間的間距等于第一薄膜層5或第二薄膜層6的長度，這樣，在導(dǎo)電傳送帶7帶動第二薄膜層6滑動時，能夠使得各個第二薄膜層6與其中一個第一薄膜層5分離之后立刻與另一個第一薄膜層5接觸，從而能夠持續(xù)不斷地進行發(fā)電以提高發(fā)電效率。另外，優(yōu)選對根據(jù)本實用新型的摩擦發(fā)電機進行設(shè)置以使得在第一薄膜層5與第二薄膜層6接觸時兩者是緊貼在一起的，以增加第一薄膜層5與第二薄膜層6之間的摩擦力。
[0022]優(yōu)選地，第一薄膜層5和第二薄膜層6的彼此接觸的表面中的至少一個表面上分布有微米或次微米量級的微結(jié)構(gòu)，或者納米材料的點綴或涂層，這樣就能夠增加第一薄膜層5與第二薄膜層6之間的摩擦面積，從而更有利于發(fā)電效率的提高。其中，所述微結(jié)構(gòu)可以為微納柱狀結(jié)構(gòu)、納米棒、納米線、納米顆粒、納米管和/或納米花中的至少一者。
[0023]優(yōu)選地，本實用新型不對形成第一薄膜層5和第二薄膜層6的材料類型進行限制，只要形成第一薄膜層5和第二薄膜層6的材料之間存在著摩擦電極序差異即可，例如第一薄膜層5和第二薄膜層6可以由導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體材料形成。其中，所述絕緣體材料可以選自聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺、苯胺甲醛樹脂、聚甲醛、乙基纖維素、聚酰胺、三聚氰胺甲醛、聚乙二醇丁二酸酯、纖維素、纖維素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯、再生纖維海綿、聚氨酯彈性體、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、人造纖維、聚甲基，甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚異丁烯、聚氨酯柔性海綿、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇縮丁醛、酚醛樹脂、氯丁橡膠、丁二烯丙烯共聚物、天然橡膠、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-Co-丙烯腈)、聚乙烯丙二酚碳酸鹽，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚雙苯酹碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。所述半導(dǎo)體材料可以選自硅、鍺、第III和第V族化合物(如砷化鎵和磷化鎵)、第II和第VI族化合物(如硫化鎘和硫化鋅)、由II1- V族化合物和I1- VI族化合物組成的固溶體(如鎵鋁砷和鎵砷磷)、非晶態(tài)的玻璃半導(dǎo)體和有機半導(dǎo)體。另外，第一薄膜層5和第二薄膜層6還可以由非導(dǎo)電氧化物、半導(dǎo)體氧化物或復(fù)雜氧化物，包括氧化硅、氧化招、氧化猛、氧化鉻、氧化鐵、氧化鈦、氧化銅、氧化鋅、Bi02和Y203等材料形成。而且，構(gòu)成第一薄膜層5和第二薄膜層6的材料優(yōu)選為柔性材料。作為一個具體的示例，第一薄膜層5可以是高分子聚合物尼龍66，第二薄膜層6可以是高分子聚合物PFTE。
[0024]另外，為了便于滑動，導(dǎo)電傳送帶7優(yōu)選由柔性導(dǎo)電材料形成，從而既能夠帶動第二薄膜層6滑動，又能夠?qū)⒁虻谝槐∧?與第二薄膜層6之間的摩擦而產(chǎn)生的正電荷或負(fù)電荷(這取決于第一薄膜層5和第二薄膜層6得失電子的能力)傳導(dǎo)到導(dǎo)電滾軸3上。
[0025]優(yōu)選地，如圖2所示，根據(jù)本實用新型的摩擦發(fā)電機還可以包括固定設(shè)置在導(dǎo)電傳送帶7的外表面上以使導(dǎo)電傳送帶7相對于外界絕緣的絕緣層8，并且絕緣層8能夠通過與外界的摩擦作用來帶動導(dǎo)電傳送帶7滑動，該絕緣層8能夠增強根據(jù)本實用新型的摩擦發(fā)電機的工作效率和穩(wěn)定性，而且絕緣層8優(yōu)選是由柔性高摩擦系數(shù)的絕緣材料形成。
[0026]優(yōu)選地，如圖2所示，根據(jù)本實用新型的摩擦發(fā)電機還可以包括位于絕緣層8的左右兩側(cè)和底側(cè)的剛性絕緣層9，該剛性絕緣層9起到封裝和保護根據(jù)本實用新型的摩擦發(fā)電機的作用，但是其不會影響導(dǎo)電傳送帶7的滑動，例如優(yōu)選在絕緣層8與剛性絕緣層9之間預(yù)留一定的空隙，以便于導(dǎo)電傳送帶7能夠滑動。
[0027]下面結(jié)合圖3來描述根據(jù)本實用新型的摩擦發(fā)電機的工作原理。在有外力(例如，在根據(jù)本實用新型的摩擦發(fā)電機包括絕緣層8的情況下通過外界與摩擦層8的摩擦所施加的外力，例如，當(dāng)將根據(jù)本實用新型的摩擦發(fā)電機置于路面上時，在有汽車經(jīng)過時，汽車車輪碾壓在根據(jù)本實用新型的摩擦發(fā)電機的絕緣層8上，從而通過汽車車輪與高摩擦系數(shù)的絕緣層8的摩擦作用而產(chǎn)生外力；或者在根據(jù)本實用新型的摩擦發(fā)電機不包括絕緣層8的情況下通過適當(dāng)?shù)姆绞剿┘拥耐饬?帶動導(dǎo)電傳送帶7滑動時，會使得第一薄膜層5與第二薄膜層6的接觸界面發(fā)生相對滑動摩擦而使第一薄膜層5與第二薄膜層6的接觸界面錯位，即第一薄膜層5與第二薄膜層6的摩擦面積發(fā)生改變，由于第一薄膜層5與第二薄膜層6之間存在著摩擦電極序差異，所以會引發(fā)第一薄膜層5與第二薄膜層6的表面電荷轉(zhuǎn)移，使得第一薄膜層5上的一部分正電荷(或負(fù)電荷，這取決于第一薄膜層5與第二薄膜層6的得失電子的能力)和第二薄膜層6上的一部分負(fù)電荷(或正電荷)未被屏蔽，由于第一薄膜層5與居間導(dǎo)體I相連，所以使得居間導(dǎo)體I的電勢升高(或降低)，由于第二薄膜層6被固定于其上的導(dǎo)電傳送帶7與導(dǎo)電滾軸3相連，所以使得導(dǎo)電滾軸3的電勢降低(或升高)，從而形成等勢體，這樣作為電流和電壓的輸出電極的第一集電軸2和第二集電軸4就分別帶上正電(或負(fù)電)和負(fù)電(或正電)，繼而連通外電路便可以形成電流，如圖3所示。
[0028]以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本實用新型的優(yōu)選實施方式，但是，本實用新型并不限于上述實施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本實用新型的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本實用新型的技術(shù)方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本實用新型的保護范圍。
[0029]另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本實用新型對各種可能的組合方式不再另行說明。
[0030]此外，本實用新型的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本實用新型的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本實用新型所公開的內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種摩擦發(fā)電機，其特征在于，該摩擦發(fā)電機包括: 由居間導(dǎo)體和位于所述居間導(dǎo)體中的第一集電軸構(gòu)成的第一電極； 由位于所述居間導(dǎo)體的兩側(cè)的導(dǎo)電滾軸和位于所述導(dǎo)電滾軸中的第二集電軸構(gòu)成的第二電極； 圍繞所述導(dǎo)電滾軸和所述居間導(dǎo)體的外周設(shè)置以帶動所述居間導(dǎo)體兩側(cè)的導(dǎo)電滾軸轉(zhuǎn)動的導(dǎo)電傳送帶；以及 固定在所述居間導(dǎo)體的表面上的多個第一薄膜層和固定在所述導(dǎo)電傳送帶的內(nèi)表面上的多個第二薄膜層，所述第一薄膜層與所述第二薄膜層之間存在著摩擦電極序差異，并且在所述導(dǎo)電傳送帶滑動時，所述第一薄膜層與所述第二薄膜層之間能夠通過摩擦生電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述第一薄膜層與所述第二薄膜層在所述導(dǎo)電傳送帶滑動的方向上的長度相同，而且所述第一薄膜層之間的間距以及所述第二薄膜層之間的間距等于所述第一薄膜層或所述第二薄膜層的長度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述第一薄膜層和所述第二薄膜層的彼此接觸的表面中的至少一個表面上分布有微米或次微米量級的微結(jié)構(gòu)，或者納米材料的點綴或涂層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述微結(jié)構(gòu)為微納柱狀結(jié)構(gòu)、納米棒、納米線、納米顆粒、納米管和/或納米花中的至少一者。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項權(quán)利要求所述的摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述第一薄膜層或所述第二薄膜層由導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體材料形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項權(quán)利要求所述的摩擦發(fā)電機，其特征在于，該摩擦發(fā)電機還包括固定設(shè)置在所述導(dǎo)電傳送帶的外表面上以使所述導(dǎo)電傳送帶相對于外界絕緣的絕緣層，并且所述絕緣層能夠通過與外界的摩擦作用來帶動所述導(dǎo)電傳送帶滑動。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的摩擦發(fā)電機，其特征在于，該摩擦發(fā)電機還包括位于所述絕緣層的左右兩側(cè)和底側(cè)但并不影響所述導(dǎo)電傳送帶滑動的剛性絕緣層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述導(dǎo)電傳送帶由柔性導(dǎo)電材料形成。
【文檔編號】H02N1/04GK203554326SQ201320416935
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月12日
【發(fā)明者】黃鑫, 張巖, 王中林 申請人:國家納米科學(xué)中心