本發(fā)明涉及機(jī)械能發(fā)電領(lǐng)域，特別是一種基于可拉伸材料的可變形摩擦納米發(fā)電機(jī)、發(fā)電方法，以及應(yīng)用這種摩擦納米發(fā)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)傳感器和服裝。

背景技術(shù)：

納米發(fā)電機(jī)，尤其是摩擦納米發(fā)電機(jī)在近年來的研究和發(fā)展，實(shí)現(xiàn)將環(huán)境這普遍存在的微小機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，為我們這個(gè)社會(huì)提供了一種新型、高功率、低成本、環(huán)境友好的二次能源。迄今為止，多種模式的摩擦納米發(fā)電機(jī)的相繼發(fā)明，使得這種技術(shù)可以適用于多種不同的運(yùn)動(dòng)模式中，包括接觸分離模式、水平滑動(dòng)模式、單電極模式和自由模式等等。

隨著可穿戴電子器件的迅速發(fā)展，對(duì)相應(yīng)的電源設(shè)備也有更高的要求。而目前為止，還沒有發(fā)展出相應(yīng)的可拉伸的摩擦納米發(fā)電機(jī)，其主要限制包括兩方面，一是材料本身的可拉伸性能，另一個(gè)是發(fā)電機(jī)的電極在拉伸過程中容易發(fā)生損壞，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)性能的穩(wěn)定性在拉伸過程中受到影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種可變形的摩擦納米發(fā)電機(jī)，能夠通過水平方向的拉伸運(yùn)動(dòng)或者豎直方向的壓縮運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電能輸出。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種可變形的摩擦納米發(fā)電機(jī)，包括：

電極部件，與等電位電連接；

摩擦部件，為可變形結(jié)構(gòu)；

在外力作用下，所述摩擦部件形狀發(fā)生變化，與所述電極部件摩擦，撤去所述外力后，所述摩擦部件恢復(fù)初始形狀，在所述電極部件與等電位之間 形成電荷流動(dòng)。

優(yōu)選的，初始狀態(tài)時(shí)，所述電極部件與摩擦部件部分表面接觸；

或者，初始狀態(tài)時(shí)，所述電極部件與摩擦部件互相不接觸，在外力作用下使所述電極部件和摩擦部件互相接觸，撤去所述外力時(shí)，所述電極部件和摩擦部件互相分開。

優(yōu)選的，所述摩擦部件與電極部件接觸或摩擦之后帶負(fù)電荷，電極部件上帶有正電荷。

優(yōu)選的，所述摩擦部件為波浪狀結(jié)構(gòu)、折疊狀結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述摩擦部件為高分子材料。

優(yōu)選的，所述摩擦部件為熱塑性高分子材料，通過熱退火工藝加工成型。

優(yōu)選的，所述摩擦部件與電極部件互相接觸的表面中至少一個(gè)表面設(shè)置微米或次微米量級(jí)的微結(jié)構(gòu)，所述微結(jié)構(gòu)選自納米線、納米管、納米顆粒、納米溝槽、微米溝槽，納米錐、微米錐、納米棒、微米棒、納米球和微米球狀結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述摩擦部件可承受的拉伸變形在20％以上。

優(yōu)選的，所述電極部件為可拉伸結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述電極部件的拉伸方向與所述摩擦部件的拉伸方向相同。

優(yōu)選的，所述電極部件的拉伸結(jié)構(gòu)為圖形化部件。

優(yōu)選的，所述電極部件包括至少1個(gè)蛇形、波浪形或者鋸齒形子電極；多個(gè)子電極全部或者部分連接在一起，或者互相不連接。

優(yōu)選的，還包括可拉伸基底，所述電極部件設(shè)置在所述基底上。

優(yōu)選的，所述基底為拉伸模量在1MPa以下的材料。

優(yōu)選的，所述基底為PDMS、橡膠、彈性纖維或萊卡纖維。

優(yōu)選的，包括兩個(gè)所述電極部件和一個(gè)所述摩擦部件，所述摩擦部件的相對(duì)兩面與電極部件10面對(duì)面設(shè)置。

優(yōu)選的，兩個(gè)電極部件并聯(lián)后連接在等電位；或者，兩個(gè)電極部件各自連接在一個(gè)等電位上。

相應(yīng)的，本發(fā)明提供一種運(yùn)動(dòng)傳感器，包括上述任一項(xiàng)所述的摩擦納米發(fā)電機(jī)，所述摩擦納米發(fā)電機(jī)貼附在運(yùn)動(dòng)部位。

優(yōu)選的，所述摩擦納米發(fā)電機(jī)采用無毒無副作用、與皮膚有粘結(jié)性、有一定的形狀自適應(yīng)性的材料。

本發(fā)明還提供一種服裝，包括上述任一項(xiàng)所述的摩擦納米發(fā)電機(jī)。

相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種摩擦發(fā)電方法，采用上述任一項(xiàng)所述的摩擦納米發(fā)電機(jī)，外力施加在所述摩擦納米發(fā)電機(jī)上，所述摩擦部件發(fā)生變形，與所述電極部件發(fā)生摩擦，撤去外力后，所述摩擦部件恢復(fù)初始形狀，在電極部件與等電位之間形成電荷流動(dòng)。

優(yōu)選的，所述電極部件為可拉伸結(jié)構(gòu)，外力施加時(shí)，所述摩擦部件與電極部件均發(fā)生變形，撤去外力后，所述摩擦部件與電極部件恢復(fù)原始形狀，在電極部件與等電位之間形成電荷流動(dòng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的摩擦納米發(fā)電機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、相比于傳統(tǒng)模式的摩擦納米發(fā)電機(jī)，本發(fā)明提供的摩擦納米發(fā)電機(jī)采用可變形的摩擦部件，使器件具有可變形的特征。進(jìn)一步的，采用可拉伸的電極部件，使發(fā)電機(jī)整體成為可拉伸發(fā)電機(jī)，可以收集拉伸運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能用來發(fā)電。

2、這種柔性、可拉伸的摩擦納米發(fā)電機(jī)還具有很強(qiáng)的形狀自適應(yīng)性，可以用于在任何形狀的表面進(jìn)行機(jī)械能采集。

3、由于材料具有很好的生物相容性，可以貼在人體皮膚的表面，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測人體的輕微運(yùn)動(dòng)，這種摩擦納米發(fā)電機(jī)是制備生物運(yùn)動(dòng)傳感器的理想器件。

附圖說明

通過附圖所示，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。

圖1和圖2為本發(fā)明實(shí)施例一的可變形摩擦納米發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例二的可變形摩擦納米發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明可變形的摩擦納米發(fā)電機(jī)在接觸-分離模式下的工作原理示意圖；

圖5為本發(fā)明可變形的摩擦納米發(fā)電機(jī)在拉伸模式下的工作原理示意圖；

圖6為本發(fā)明所述的可變形的摩擦納米發(fā)電機(jī)在接觸-分離模式下的輸出性能，以及和對(duì)照組的對(duì)比；

圖7為本發(fā)明的可拉伸的摩擦納米發(fā)電機(jī)在拉伸模式下的輸出性能，以及和對(duì)照組的對(duì)比；

圖8為本發(fā)明的摩擦納米發(fā)電機(jī)在不同曲率的曲面上的輸出性能；

圖9為本發(fā)明的摩擦納米發(fā)電機(jī)用于自驅(qū)動(dòng)生物運(yùn)動(dòng)傳感器的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)和應(yīng)用實(shí)物照片。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

其次，本發(fā)明結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說明，所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例一：

本發(fā)明所提供的可變形的摩擦納米發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。摩擦納米發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)包括電極部件10和摩擦部件20，其中，電極部件10與地電位電連接，摩擦部件20為可變形的波浪狀結(jié)構(gòu)。在外力作用下，摩擦部件20形狀發(fā)生變化，與電極部件10接觸面積變化，撤去所述外力后，摩擦部件20恢復(fù)初始形狀，在電極部件10與地電位之間形成電荷流動(dòng)，形成一種可變形的單電極結(jié)構(gòu)的摩擦納米發(fā)電機(jī)。

初始狀態(tài)時(shí)，電極部件10和摩擦部件20可以互相接觸，也可以互相不接觸，在外力作用下使電極部件10和摩擦部件20互相接觸，撤去所述外力時(shí)，電極部件10和摩擦部件20互相分開。由于摩擦部件20采用可變形結(jié)構(gòu)，例如波浪形等結(jié)構(gòu)，這里所述的電極部件10和摩擦部件20互相接觸，是指電極部件10與摩擦部件20的很小部分接觸，這樣可以在受到外力作用時(shí)，使電極部件10和摩擦部件20的接觸面積增大，甚至可以使電極部件與摩擦部件之間完全接觸無空隙(如圖4和5中所示)。

本實(shí)施例中，電極部件10連接至地電位，也可以連接在其他等電位上，例如等電位電路，只要能夠提供足夠的電子即可。

摩擦部件20與電極部件10在外力作用下表面互相摩擦，發(fā)生表面電荷轉(zhuǎn)移，因此，在電極部件10與等電位之間形成電荷流動(dòng)，如果在電極部件與等電位之間連接用電器，可以為用電器提供脈沖電流。摩擦部件20與電極部件10互相接觸表面的材料的得失電子能力(即摩擦電極序)相差越大，發(fā)電機(jī)的輸出越大。摩擦部件20的材料優(yōu)選為絕緣體材料，更優(yōu)選為高分子絕緣體材料，例如Kapton薄膜材料等。高分子絕緣材料可以選自以下材料中的一種或者幾種：聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚酰亞胺、聚酰胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚偏二氯乙烯、聚氯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚異丁烯、聚乙烯醇縮丁醛、聚丙烯腈、 聚雙苯酚碳酸酯、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸二乙醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚三氟氯乙烯、對(duì)二甲苯環(huán)二體、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、全氟乙烯-丙烯共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物和氯乙烯-醋酸乙烯共聚物。

摩擦部件20可以為波浪狀、折疊狀等可拉伸結(jié)構(gòu)，在受到外力的擠壓或者拉伸時(shí)可以發(fā)生變形。摩擦部件20的材料選擇和形狀需要保證在拉伸后還可以恢復(fù)初始形狀。優(yōu)選的，摩擦部件可承受的拉伸變形在20％以上。

摩擦部件20采用的材料可以為熱塑性高分子材料(如Kapton等)，可以通過熱退火工藝加工成型。加工后的摩擦部件材料為具有殘余熱應(yīng)力的波浪形(或其他形狀)的薄膜材料，這樣，這層摩擦材料可以承受較大的拉伸變形，而且在拉伸之后可以回復(fù)到原來的形狀。

摩擦部件20的表面結(jié)構(gòu)影響發(fā)電機(jī)的輸出性能，可以在摩擦部件與電極部件互相接觸的表面中至少一個(gè)表面設(shè)置微米或次微米量級(jí)的微結(jié)構(gòu)，提高其有效面積及摩擦效應(yīng)。所述微結(jié)構(gòu)選自納米線、納米管、納米顆粒、納米溝槽、微米溝槽，納米錐、微米錐、納米棒、微米棒、納米球和微米球狀結(jié)構(gòu)。

電極部件10可以為一個(gè)連續(xù)結(jié)構(gòu)，例如薄膜狀電極部件。大多數(shù)電極材料不具有拉伸性能，當(dāng)在發(fā)電機(jī)上施加擠壓等外力時(shí)，電極部件10不可被拉伸，對(duì)摩擦部件20產(chǎn)生擠壓，只可以利用擠壓的外力輸出電能。

當(dāng)發(fā)電機(jī)的電極部件10為可拉伸結(jié)構(gòu)時(shí)，使整個(gè)發(fā)電機(jī)成為可以變形結(jié)構(gòu)，可以通過圖形化設(shè)計(jì)電極部件10，使電極部件10可以隨著摩擦部件20的變形而拉伸。如圖2中所示，電極部件10包括至少1個(gè)蛇形或者波浪形子電極101，多個(gè)子電極可以全部或者部分連接在一起，也可以互相不連接，優(yōu)選為全部連接在一起。子電極101的形狀不限于圖2中的結(jié)構(gòu)，類似蛇形結(jié)構(gòu)的圖形均可以，只要滿足可以拉伸的要求即可，子電極形狀除蛇形 外，還可以是波浪形、鋸齒形等。這樣，電極部件10可以承受較大的拉伸變形量，而保持其導(dǎo)電性不發(fā)生太大的損耗。

可以將電極部件的多個(gè)子電極設(shè)置在可拉伸的基底30上，如圖2中所示，基底30和電極部件10(多個(gè)子電極101)可以在箭頭所示方向拉伸，電極部件10的拉伸方向優(yōu)選與摩擦部件20的拉伸方向相同。另外，圖形化設(shè)計(jì)電極部件，在摩擦部件與電極部件發(fā)生比較小的變形時(shí)，與電極部件的接觸面積改變較大，對(duì)外輸出較大的電信號(hào)。這種結(jié)構(gòu)的摩擦納米發(fā)電機(jī)可以同時(shí)收集豎直方向壓縮的機(jī)械能和水平方向拉伸的機(jī)械能。

基底30可以采用任何可拉伸的材料，可以選擇具有較好的彈性和較低的拉伸彈性模量的基底材料，優(yōu)選拉伸模量在1MPa以下的材料，例如大多數(shù)高分子材料，如PDMS、橡膠、彈性纖維、萊卡纖維(聚氨基甲酸酯纖維，polyurethane)等材料等。

實(shí)施例二：

本實(shí)施例的摩擦納米發(fā)電機(jī)，如圖3所示，包括兩個(gè)實(shí)施例一中設(shè)置在可拉伸基底30上的圖形化的電極部件10(如圖2所示)，和一個(gè)可變形的摩擦部件20，摩擦部件20的相對(duì)兩面與電極部件10面對(duì)面設(shè)置，形成多層結(jié)構(gòu)。摩擦部件20與電極部件之間可以始終部分接觸設(shè)置，也可以在外力作用下互相接觸，撤去外力后互相分開。這種結(jié)構(gòu)的摩擦納米發(fā)電機(jī)，相當(dāng)于兩個(gè)實(shí)施例一中的發(fā)電機(jī)共用摩擦部件，各部分的結(jié)構(gòu)、材料均可以與實(shí)施例一中的相同。

在電極部件自身結(jié)構(gòu)具有拉伸性能的前提下，也可以省去基底，直接將拉伸結(jié)構(gòu)的電極部件與摩擦部件接觸設(shè)置。

兩個(gè)電極部件10可以并聯(lián)后連接在等電位(地電位)，也可以各自連接在一個(gè)等電位上，這樣的摩擦納米發(fā)電機(jī)可以在一次外力作用下產(chǎn)生兩個(gè)電信號(hào)輸出。

本實(shí)施例的可變形摩擦納米發(fā)電機(jī)的工作原理如圖4-5所示，可以在兩種不同的工作模式下收集機(jī)械能：即接觸-分離模式(圖4所示)和拉伸模式(圖5所示)。相同的是，整個(gè)摩擦納米發(fā)電機(jī)都是基于兩組對(duì)稱的單電極式的摩擦納米發(fā)電機(jī)的集成效果。如圖4所示，在初始狀態(tài)下，由于中間的摩擦部件(可以為高分子材料)20為波浪形，會(huì)將兩個(gè)電極部件10完全分離開，見圖4中的a。當(dāng)外力(如箭頭方向)施加在發(fā)電機(jī)上時(shí)，會(huì)使電極部件10和摩擦部件20發(fā)生完全接觸。由于接觸起電的作用，使電極部件10產(chǎn)生正電荷，摩擦部件20產(chǎn)生負(fù)電荷，見圖4中的b。當(dāng)外力撤銷時(shí)，摩擦部件20回復(fù)到原來的波浪形狀，這樣又使帶電表面之間發(fā)生一定程度的分離，而帶電表面的分離可以使兩個(gè)電極部件10和地電位之間分別產(chǎn)生電勢(shì)差，見圖4中的c，這個(gè)電勢(shì)差在負(fù)載中或短路情況下可以使電子從大地流向電極部件10，以產(chǎn)生靜電平衡。當(dāng)兩個(gè)電極部件10之間距離最大d_max時(shí)，電極部件10和摩擦部件20表面的電荷互相平衡，電極部件與地電位之間無電荷流動(dòng)，見圖4中的d。而當(dāng)外力重新加載時(shí)，這個(gè)電勢(shì)差會(huì)降低，從而使電子從電極部件流回大地，見圖4中的e，直到帶電表面之間完全重合為止，見圖4中的b。

本實(shí)施例的可變形摩擦納米發(fā)電機(jī)在拉伸模式下的工作原理如圖5所示，且基本原理與4類似，都是通過兩個(gè)表面的接觸產(chǎn)生正負(fù)電荷，然后通過帶電表面之間的接觸和分離在地電位與電極部件10之間形成電勢(shì)差的變化來驅(qū)動(dòng)外電路的電子流動(dòng)。與圖4中的區(qū)別是：在這種模式下，電極部件10和中間的摩擦部件20的接觸是通過拉伸整個(gè)摩擦納米發(fā)電機(jī)器件兩端(圖5中箭頭方向)來實(shí)現(xiàn)的。圖5中示出摩擦納米發(fā)電機(jī)從原始尺寸L₀被拉伸到最大尺寸L_max再恢復(fù)原始尺寸的工作過程。

下面介紹本實(shí)施例摩擦納米發(fā)電機(jī)的制備過程。這種摩擦納米發(fā)電機(jī)的制備工藝分為以下幾個(gè)步驟：

一、加工頂層和底層的高分子材料。以PDMS為例，為了制備柔性的可拉伸程度較高的PDMS材料，將PDMS的單體和聚合劑以30:1的質(zhì)量比混合，在除氣之后將液態(tài)混合物旋涂在PET表面，然后放入烘箱中以85攝氏度恒溫使其聚合。兩個(gè)小時(shí)之后，將其取出，并將聚合后的PDMS從PET的表面揭下，制備出柔性、可拉伸的PDMS薄膜基底。

二、在PDMS基底上鍍可拉伸電極部件。首先，利用激光切割工藝，用有機(jī)玻璃(PMMA)制備具有蛇形或者波浪形的陣列模板，然后將模板置于PDMS基底上，用磁控濺射方法在基底上鍍金屬電極。取下模板之后，即可得到蛇形或波浪形的子電極。這種電極部件在拉伸之后并不容易發(fā)生斷裂，而保持發(fā)電機(jī)的性能穩(wěn)定。

三、制備中間的波浪形高分子層(摩擦部件)。因?yàn)榧庸み^程需要高溫退火，所以這里選用耐熱程度和熱塑性較好的Kapton材料。具體的，將一層Kapton薄膜與一組不銹鋼金屬棒纏繞在一起并用兩層鋼板固定好。然后將其放置于300攝氏度的馬弗爐里加熱四個(gè)小時(shí)，然后快速取出其冷卻到室溫。這樣，由于熱應(yīng)力的作用，Kapton薄膜即可被加工成波浪形。

在實(shí)驗(yàn)中，制備的摩擦納米發(fā)電機(jī)大小約為3厘米×5厘米，可以測得這種摩擦納米發(fā)電機(jī)的輸出性能。其中圖6表示摩擦納米發(fā)電機(jī)在接觸-分離模式下的輸出性能，其中開路電壓V_oc為700伏特(圖6中的(a))，短路電流I_sc為75微安(圖6中的(c))，轉(zhuǎn)移電荷量Q_tr為160納庫(圖6中的(b))，有效輸出功率5瓦每平方米(圖6中的(e))。隨著機(jī)械能頻率的增加短路電流I_sc增加(圖6中的(d))。圖6中的(f)是發(fā)電機(jī)在手拍打時(shí)點(diǎn)亮多個(gè)LED燈的實(shí)物照片。通過對(duì)比試驗(yàn)，可以看出這種結(jié)構(gòu)的摩擦納米發(fā)電機(jī)相比于中間的摩擦部件是平面狀高分子的摩擦納米發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)在輸出性能上有很大優(yōu)勢(shì)。

圖7表示了在拉伸模式下的輸出性能，同樣，圖中列出了對(duì)比試驗(yàn)通過 對(duì)比試驗(yàn)，采用平面狀摩擦部件(Planar)波浪狀摩擦部件(Wavy)分別進(jìn)行了開路電壓V_oc、短路電流I_sc和轉(zhuǎn)移電荷量Q_tr測試，可以看出本實(shí)施例這種結(jié)構(gòu)的摩擦納米發(fā)電機(jī)相比平面狀摩擦部件的摩擦納米發(fā)電機(jī)在輸出性能和最大可承受拉伸應(yīng)變(22％)上有很大優(yōu)勢(shì)，并且多次循環(huán)獲得的電能輸出性能穩(wěn)定，圖7中的(d)所示在3600次循環(huán)時(shí)，發(fā)電機(jī)的電輸出基本穩(wěn)定不變。

圖8表示了這種結(jié)構(gòu)的摩擦納米發(fā)電機(jī)在不同曲率(Curvature)的曲面上的發(fā)電效果，表明這種結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)隨著曲率變化，發(fā)電性能基本穩(wěn)定，發(fā)電機(jī)具有很好的形狀自適應(yīng)性能。

實(shí)施例三：

本發(fā)明還提供一種摩擦發(fā)電方法，采用實(shí)施例一或?qū)嵤├目勺冃文Σ良{米發(fā)電機(jī)，外力(機(jī)械能)施加在摩擦納米發(fā)電機(jī)上，摩擦部件發(fā)生變形，與電極部件發(fā)生摩擦，撤去外力后，所述摩擦部件恢復(fù)初始形狀，在電極部件與等電位之間形成電荷流動(dòng)。在外力施加時(shí)和撤去外力時(shí)，摩擦部件與電極部件的接觸面積發(fā)生變化。

在電極部件為可拉伸結(jié)構(gòu)時(shí)，外力施加時(shí)，摩擦部件與電極部件均發(fā)生變形，撤去外力后，所述摩擦部件與電極部件恢復(fù)原始形狀，在電極部件與等電位之間形成電荷流動(dòng)。

實(shí)施例四：

實(shí)施例一和實(shí)施例二的可變形摩擦納米發(fā)電機(jī)不僅可以用來收集機(jī)械能，還可以貼在人體不同位置的皮膚表面，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測人體運(yùn)動(dòng)的信息，如圖9所示的肘部(Elbow)、膝部(Knee)、臂部(Bicep)、喉部、頸部等部位，摩擦納米發(fā)電機(jī)應(yīng)用在不同部位，其輸出電信號(hào)的幅度、頻率等均不同。

摩擦納米發(fā)電機(jī)的材料選擇對(duì)人體(或者動(dòng)物體)無毒無副作用、與皮 膚有很好的粘結(jié)性、有一定的形狀自適應(yīng)性的材料，特別是與皮膚直接接觸的基底的材料優(yōu)選滿足上述條件，例如PDMS薄膜。

具體的工作原理是人體發(fā)生輕微運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)使摩擦納米發(fā)電機(jī)的電極部件和摩擦部件的幾個(gè)表面之間發(fā)生周期性的接觸和分離，從而產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)。通過分析電信號(hào)的大小、極性和頻率可以得到關(guān)于人體輕微運(yùn)動(dòng)的幅度和頻率等信息。同時(shí)考慮到本發(fā)明提供的摩擦納米發(fā)電機(jī)具有很好的形狀自適應(yīng)性，因此對(duì)皮膚的輕微變形可以非常敏感，因此有助于提高檢測的靈敏度。這種自驅(qū)動(dòng)的生物運(yùn)動(dòng)檢測在未來的醫(yī)療監(jiān)護(hù)、睡眠質(zhì)量檢測等領(lǐng)域會(huì)有重要的潛在應(yīng)用。

本發(fā)明提供的摩擦納米發(fā)電機(jī)，除了可以直接貼附在皮膚上外，也可以設(shè)置在服裝(這里所述的包括衣服、背包、鞋等)上，將摩擦發(fā)納米電機(jī)設(shè)置在人體運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)部位相應(yīng)的位置，在人體運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦納米發(fā)電機(jī)被擠壓或者拉伸，作為傳感器或者發(fā)電機(jī)，通過人體的輕微運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)摩擦納米發(fā)電機(jī)發(fā)電，并通過測量輸出的電信號(hào)來監(jiān)測人體運(yùn)動(dòng)的情況。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。