一種雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī)，包括若干平置于摩擦源表面的結(jié)構(gòu)單元組成，在每個(gè)結(jié)構(gòu)單元中具有：被固定在上、中、下基底上鍍有電極的塑料膜與鍍有電極的波浪彈性塑料片形成的摩擦單元，以及上下線圈與中間永磁鐵所形成的電磁單元；在外界振動(dòng)作用，摩擦發(fā)電機(jī)中的中間基板上下振動(dòng)使得摩擦極性相差較大表面接觸面積增大和減小，因而有脈沖信號(hào)輸出，而電磁發(fā)電機(jī)中通過上下線圈的磁通量發(fā)生變化，因而也有脈沖信號(hào)輸出。本發(fā)明的發(fā)電機(jī)可以將人體的振動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?br>【專利說明】
一種雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種發(fā)電機(jī)，特別是涉及將振動(dòng)能產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的雜化納米發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)械振動(dòng)能是環(huán)境中普遍存在的一種能量形式，持續(xù)或階段性持續(xù)振動(dòng)的振源比較豐富，比如家用電器和工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備工作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)、人體運(yùn)動(dòng)和車輛行駛過程中產(chǎn)生的振動(dòng)、橋梁的振動(dòng)等。通常這些能量因?yàn)楹雎远话装桌速M(fèi)或被減震系統(tǒng)吸收。因此，通過振動(dòng)能量采集器將環(huán)境中的振動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能為低功耗電子設(shè)備供電，不僅提高了能量的綜合利用率，而且為低功耗電子設(shè)備提供了新的綠色電源系統(tǒng)，對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、便攜式設(shè)備等低功耗電子設(shè)備的發(fā)展和應(yīng)用具有重要意義。
[0003 ]目前，振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電機(jī)所利用的原理主要有靜電感應(yīng)，電磁感應(yīng)和特殊材料的壓電性能、靜電脈沖發(fā)電機(jī)等。然而，已經(jīng)發(fā)明的靜電感應(yīng)發(fā)電機(jī)，由于需要接入外部電源作為啟動(dòng)電壓，并且靜電式能量收集裝置產(chǎn)生的是高電壓、低電流和高輸出阻抗，從一定程度上限制了靜電式能量收集技術(shù)的應(yīng)用范圍。靜電脈沖發(fā)電機(jī)在小型化和輕量化方面有所不足，輸出功率密度較小，不能滿足對(duì)各種振動(dòng)機(jī)械能收集的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明涉及一種可以將自然界、軌道、人體振動(dòng)等等形式的振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能的結(jié)構(gòu)簡單的雜化納米發(fā)電機(jī)，能夠?yàn)槲o線傳感器網(wǎng)絡(luò)、便攜式設(shè)備等低功耗電子設(shè)備等提供匹配的電源。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)手段:
[0006]—種雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī)，包括若干平置于摩擦源表面的結(jié)構(gòu)單元組成，在每個(gè)結(jié)構(gòu)單元中具有:被固定在上、中、下基底上鍍有電極的塑料膜與鍍有電極的波浪彈性塑料片形成的摩擦單元，以及上下線圈與中間永磁鐵所形成的電磁單元；
[0007]在相鄰塑料膜與波浪彈性塑料片構(gòu)成的摩擦單元中包括:附在塑料基底101上的第一電極層102和第一摩擦層103，附在波浪彈性塑料片105上的第二電極層104，形成摩擦納米發(fā)電機(jī)的第一摩擦發(fā)電單元;附在波浪彈性塑料片105上的第三電極層106，附在塑料基底109上的第四電極層108和第二摩擦層107，形成摩擦納米發(fā)電機(jī)的第二摩擦發(fā)電單元；附在塑料基底109上的第五電極層110和第三摩擦層111，附在波浪彈性塑料片113上的第六電極層112，形成摩擦納米發(fā)電機(jī)的第三摩擦發(fā)電單元;附在波浪彈性塑料片113上的第七電極層114，附在塑料基底117上的第八電極層116和第四摩擦層115，形成摩擦納米發(fā)電機(jī)的第四摩擦發(fā)電單元。
[0008]所述塑料膜的絕緣材料摩擦層的表面設(shè)置有微結(jié)構(gòu)陣列修飾層；
[0009]在線圈與永磁鐵構(gòu)成的電磁單元中包括:嵌入基底101中的線圈118和嵌入基底109中的永磁鐵119構(gòu)成的第一電磁發(fā)電單元:嵌入基底109中的永磁鐵和嵌入基底117中的線圈120構(gòu)成的第二電磁發(fā)電單元。
[0010]所述各摩擦發(fā)電單元和電磁發(fā)電單元均布置有導(dǎo)電引出線，導(dǎo)出各結(jié)構(gòu)單元的電流向外輸出。
[0011]本發(fā)明發(fā)電機(jī)在外界振動(dòng)作用下，所有單元的摩擦發(fā)電機(jī)的摩擦極性相差較大的表面接觸面積增大、減小，所有單元的電磁發(fā)電機(jī)通過線圈的磁通量發(fā)生變化，因而有脈沖電信號(hào)輸出。
[0012]這樣，第一電極層102、第四電極層108、第五電極層110、第八電極層116充當(dāng)背電極，背電極上附有塑料膜103、107、111、115充當(dāng)摩擦層，波浪彈性塑料片105上有第二電極層104、第三電極層106，波浪彈性塑料片113上有第六電極層112、第七電極層114，這些充當(dāng)接觸電極層。發(fā)電機(jī)受到外力作用(振動(dòng)作用)時(shí)，使得雜化納米發(fā)電機(jī)中間基板109上下振動(dòng)，帶動(dòng)永磁鐵119上下振動(dòng)，使發(fā)電單元的第一摩擦層103與第二電極層104的有效接觸面積增大減小，在第一電極層103與第二電極層104之間有脈沖電信號(hào)輸出。上、下基板101和117中的線圈118和120的磁通量也因?yàn)榇盆F119的上下振動(dòng)而變化，因而也有脈沖信號(hào)輸出。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列有益效果:
[0014]1、本發(fā)明提供的雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī)采用最新的納米摩擦發(fā)電技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)造價(jià)昂貴，體積及質(zhì)量龐大的渦輪式風(fēng)能發(fā)電機(jī)，它在增強(qiáng)發(fā)電適用性，大大的降低成本，同時(shí)雜化電磁發(fā)電機(jī)，提高了單位功率的輸出。
[0015]2、本發(fā)明提供的雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī)采用波浪形塑料彈片，為接觸電極提供了載體，使得發(fā)電機(jī)的數(shù)目增加，從而有效地增加了摩擦發(fā)電機(jī)的功率輸出，從而有效地將振動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?br>[0016]3、采用具有一定機(jī)械強(qiáng)度、絕緣性能以及抵消單元發(fā)電機(jī)之間的電場影響的彈性高分子塑料片作為雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī)的主要框架，成本低廉。
[0017]3、對(duì)于采用納米線陣列作為發(fā)電機(jī)的接觸面，不但可以增加接觸面積，而且納米線外壁與導(dǎo)電面的滑動(dòng)增強(qiáng)發(fā)電機(jī)的摩擦起電效果，雜化了接觸起電效應(yīng)和摩擦起電效應(yīng)，從而大大地提高了發(fā)電機(jī)的輸出功率。
[0018]4、本發(fā)明的發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，制備方法簡單，對(duì)材料無特殊要求，可以收集自然界、人體、軌道等產(chǎn)生的振動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，具有廣泛的實(shí)際用途。
【附圖說明】
[0019]通過附圖所示，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。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。
[0020]圖1為本發(fā)明發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為實(shí)施例二在柔性塑料薄膜表面設(shè)置微結(jié)構(gòu)陣列修飾層的表面形貌經(jīng)50000倍放大后的掃描電子顯微鏡圖譜。
[0022]圖3為本發(fā)明發(fā)電機(jī)實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)模型圖片；
[0023]圖4和圖5分別為摩擦發(fā)電單元和電磁發(fā)電單元的開路電壓測量結(jié)果；
[0024]圖6和圖7分別為摩擦發(fā)電單元和電磁發(fā)電單元的短路電流測量結(jié)果；
【具體實(shí)施方式】
[0025]機(jī)械振動(dòng)能是環(huán)境中普遍存在的一種能量形式，持續(xù)或階段性持續(xù)振動(dòng)的振源比較豐富，比如家用電器和工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備工作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)、人體運(yùn)動(dòng)和車輛行駛過程中產(chǎn)生的振動(dòng)、橋梁的振動(dòng)等。通常這些能量因?yàn)楹雎远话装桌速M(fèi)或被減震系統(tǒng)吸收。因此，通過振動(dòng)能量采集器將環(huán)境中的振動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能為低功耗電子設(shè)備供電，不僅提高了能量的綜合利用率，而且為低功耗電子設(shè)備提供了新的綠色電源系統(tǒng)，對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、便攜式設(shè)備等低功耗電子設(shè)備的發(fā)展和應(yīng)用具有重要意義。
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)介紹本發(fā)明雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī)的【具體實(shí)施方式】。
[0027]實(shí)施例一:
[0028]參見圖1，雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī)包括塑料基體101、109、117，兩片波浪彈性塑料片105和113分別包括第二電極層104和第三電極層106、第六電極層112和第七電極層114。
[0029]塑料基體101、109、117具有一定機(jī)械強(qiáng)度和厚度，兩片波浪彈性塑料片置于三個(gè)基體之間，形成雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī);其中，波浪彈性塑料片105的正反面設(shè)置有第二電極層104、第三電極層106，波浪彈性塑料片113上有第六電極層112、第七電極層114，這些充當(dāng)接觸電極層。發(fā)電機(jī)受到外力作用(振動(dòng)作用)時(shí)，使得雜化納米發(fā)電機(jī)中間基板109上下振動(dòng)，帶動(dòng)永磁鐵119上下振動(dòng)，使發(fā)電單元的第一摩擦層103與第二電極層104的有效接觸面積增大減小，在第一電極層103與第二電極層104之間有脈沖電信號(hào)輸出。上、下基板101和117中的線圈118和120的磁通量也因?yàn)榇盆F119的上下振動(dòng)而變化，因而也有脈沖信號(hào)輸出。
[0030]本發(fā)明的雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī)利用了具有不同摩擦電極序的摩擦層材料接觸時(shí)發(fā)生表面電荷轉(zhuǎn)移的原理。本發(fā)明中所述的“摩擦電極序”，是指根據(jù)材料對(duì)電荷的吸引程度將其進(jìn)行的排序，兩種材料在相互接觸的瞬間，在接觸面上正電荷從摩擦電極序中極性較負(fù)的材料表面轉(zhuǎn)移至摩擦電極序中極性較正的材料表面。迄今為止，還沒有一種統(tǒng)一的理論能夠完整的解釋電荷轉(zhuǎn)移的機(jī)制，一般認(rèn)為，這種電荷轉(zhuǎn)移和材料的表面功函數(shù)相關(guān)，通過電子或者離子在接觸面上的轉(zhuǎn)移而實(shí)現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移。需要說明的是，摩擦電極序只是一種基于經(jīng)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，即兩種材料在該序列中相差越遠(yuǎn)，接觸后所產(chǎn)生電荷的正負(fù)性和該序列相符合的幾率就越大，而且實(shí)際的結(jié)果受到多種因素的影響，比如材料表面粗糙度、環(huán)境濕度和是否有相對(duì)摩擦等。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)如果兩種材料在摩擦電極序中處于較接近的位置，接觸后電荷分布的正負(fù)性可能并不符合該序列的預(yù)測。需要進(jìn)一步說明是，電荷的轉(zhuǎn)移并不需要兩種材料之間的相對(duì)摩擦，只要存在相互接觸即可，因此，從嚴(yán)格意義上講，摩擦電極序的表述是不準(zhǔn)確的，但由于歷史原因而一直沿用至今。
[0031 ]本發(fā)明中所述的“接觸電荷”，是指在兩種摩擦電極序極性存在差異的材料在接觸并分離后其表面所帶有的電荷，一般認(rèn)為，該電荷只分布在材料的表面，分布最大深度不過約為10納米。研究發(fā)現(xiàn)，該電荷能夠保持較長的時(shí)間，根據(jù)環(huán)境中濕度等因素，其保持時(shí)間在數(shù)小時(shí)甚至長達(dá)數(shù)天，而且其消失的電荷量可以通過再次接觸得以補(bǔ)充，因此，本發(fā)明人認(rèn)為，在本發(fā)明中接觸電荷的電量可以近似認(rèn)為保持恒定。需要說明的是，接觸電荷的符號(hào)是凈電荷的符號(hào)，即在帶有正接觸電荷的材料表面的局部地區(qū)可能存在負(fù)電荷的聚集區(qū)域，但整個(gè)表面凈電荷的符號(hào)為正。
[0032]本發(fā)明的發(fā)電機(jī)中，第一摩擦層和第二電極層的材料選擇，只要滿足:第一摩擦層材料與第二電極層材料存在摩擦電極序差異。本發(fā)明的發(fā)電機(jī)相當(dāng)于第一電極層102、第一摩擦層103和第二電極層104形成摩擦納米發(fā)電單元；
[0033]在線圈與永磁鐵構(gòu)成的電磁單元中包括:嵌入基底101中的線圈118和嵌入基底109中的永磁鐵119構(gòu)成第一電磁發(fā)電單元:嵌入基底109中的永磁鐵和嵌入基底117中的線圈120構(gòu)成了第二電磁發(fā)電單元;永磁鐵的上下運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致通過線圈磁通量變化的結(jié)構(gòu)。
[0034]本發(fā)明的發(fā)電機(jī)包含的四個(gè)摩擦納米發(fā)電機(jī)和兩個(gè)電磁發(fā)電機(jī)可以通過外電路進(jìn)行整合，可以獲得較高的輸出功率。
[0035]所述的第一摩擦納米發(fā)電單元工作原理說明:第一摩擦層102和第二電極層103是2種存在摩擦電極序差的材料，在外力作用的狀態(tài)下，波浪彈性塑料片被壓縮，第一摩擦層103和第二電極層104有效接觸面積增大，所以在接觸時(shí)發(fā)生表面電荷轉(zhuǎn)移，形成一層表面接觸電荷。由于第一摩擦層103和第二電極層104的材料在摩擦電極序中的位置不同，第二電極層104表面產(chǎn)生正電荷，而第一摩擦層103表面產(chǎn)生負(fù)電荷，兩種電荷的電量大小相同，因此在第一電極層102和第二電極層104之間沒有電勢差，也就沒有電荷流動(dòng)。隨后中間基體109向下運(yùn)動(dòng)，波浪彈性塑料片拉伸，第一摩擦層103和第二電極層104之間的接觸面積逐漸減小，此時(shí)由第一電極層1I和摩擦層102所構(gòu)成的整體具有凈剩負(fù)電荷，而第二電極層104具有凈剩正電荷，因此在第一電極層102和第二電極層104之間產(chǎn)生了電勢差。為平衡該電勢差，電子通過外接導(dǎo)線由第二電極層104流入第一電極層102，從而在外電路產(chǎn)生由第一電極層到第二電極層的瞬時(shí)電流，在第一電極層102和第二電極層104之間沒有電勢差，在外電路也就沒有電流產(chǎn)生。當(dāng)中間基板向上運(yùn)動(dòng)，由于第一摩擦層103與第二電極層104的有效接觸面積變大，第二電極層104表面的負(fù)電荷對(duì)第一電極層102中負(fù)電荷的排斥作用增強(qiáng)，由此導(dǎo)致第一電極層102和第二電極層104之間的電勢差減小。為進(jìn)一步平衡該電勢差，電子通過外電路由第一電極層102流入第二電極層104，從而在外電路產(chǎn)生與第一次方向相反的瞬時(shí)電流。當(dāng)波浪彈性塑料片完全被擠壓，使第一摩擦層103與第二電極層104發(fā)生接觸后，重復(fù)上面步驟的情形。由此可見，當(dāng)外力(振動(dòng)作用)作用于雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī)時(shí)，會(huì)促使有效接觸面積增大減小，通過第一摩擦層103和第二電極層104之間有效接觸面積的不斷增大和減小兩個(gè)過程，分別產(chǎn)生方向相反的脈沖電流，實(shí)現(xiàn)在第一電極層102和第二電極層104之間的脈沖發(fā)電。
[0036]絕緣體材料，例如常規(guī)的高分子聚合物都具有摩擦電特性，均可以作為制備本發(fā)明第一摩擦層102和第二摩擦層104的材料，此處列舉一些常用的高分子聚合物材料:聚四氟乙烯，聚二甲基硅氧烷，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、再生纖維海綿薄膜、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、聚酯薄膜、聚異丁烯薄膜、聚氨酯柔性海綿薄膜、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、酚醛樹脂薄膜、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、聚(偏氯乙烯-Co-丙烯腈)薄膜或聚乙烯丙二酚碳酸鹽薄膜，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚雙苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯。限于篇幅的原因，并不能對(duì)所有可能的材料進(jìn)行窮舉，此處僅列出幾種具體的聚合物材料從人們參考，但是顯然這些具體的材料并不能成為本發(fā)明保護(hù)范圍的限制性因素，因?yàn)樵诎l(fā)明的啟示下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)這些材料所具有的摩擦電特性很容易選擇其他類似的材料。
[0037]相對(duì)于絕緣體，半導(dǎo)體和金屬均具有容易失去電子的摩擦電特性，在摩擦電極序的列表中常位于末尾處。因此，半導(dǎo)體和金屬也可以作為制備第一電極層102的原料，以及第二電極層104的原料。常用的半導(dǎo)體包括:硅、鍺;第m和第V族化合物，例如砷化鎵、磷化鎵等;第π和第VI族化合物，例如硫化鎘、硫化鋅等；以及由m-V族化合物和π -VI族化合物組成的固溶體，例如鎵鋁砷、鎵砷磷等。除上述晶態(tài)半導(dǎo)體外，還有非晶態(tài)的玻璃半導(dǎo)體、有機(jī)半導(dǎo)體等。非導(dǎo)電性氧化物、半導(dǎo)體氧化物和復(fù)雜氧化物也具有摩擦電特性，能夠在摩擦過程形成表面電荷，因此也可以用來作為本發(fā)明的摩擦層，例如錳、鉻、鐵、銅的氧化物，還包括氧化娃、氧化猛、氧化絡(luò)、氧化鐵、氧化銅、氧化鋅、B12和Y2O3 ；常用的金屬包括金、銀、鉑、鋁、鎳、銅、鈦、鉻或砸，以及由上述金屬形成的合金。當(dāng)然，還可以使用其他具有導(dǎo)電特性的材料充當(dāng)容易失去電子的摩擦層材料，例如銦錫氧化物ΙΤ0。
[0038]通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)谝荒Σ翆?03與第二電極層104材料的得電子能力相差越大(即在摩擦電極序中的位置相差越遠(yuǎn))時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出的電信號(hào)越強(qiáng)。所以，可以根據(jù)實(shí)際需要，選擇合適的材料來制備第一摩擦層103和第二電極層104以獲得更好的輸出效果。
[0039]本發(fā)明的雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī)中，第一摩擦層103和第二電極層104的厚度無特別要求，本發(fā)明中優(yōu)選為0.01-0.8毫米。
[0040]本發(fā)明的發(fā)電機(jī)中，對(duì)第一摩擦層103的下表面進(jìn)行物理改性，使其表面具有微米或次微米量級(jí)的微結(jié)構(gòu)或者納米材料的點(diǎn)綴或涂層。所述微結(jié)構(gòu)可以選自納米線、納米管、納米顆粒、納米溝槽、微米溝槽、納米錐、微米錐、納米球和微米球狀結(jié)構(gòu)。優(yōu)選為在第一摩擦層103的表面包括上述微結(jié)構(gòu)形成的陣列。
[0041]本發(fā)明的發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，制備方法簡單，對(duì)材料無特殊要求，在實(shí)際使用中，只需進(jìn)行簡單的固定和封裝，即可應(yīng)用在生活環(huán)境中、收集人體、軌道、機(jī)械設(shè)備等產(chǎn)生的振動(dòng)機(jī)械能，具有廣泛的實(shí)際用途。
[0042]實(shí)施例二:
[0043]具體介紹本實(shí)施例中發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)。參見圖1，第一摩擦層和第二摩擦層采用納米陣列的表面修飾聚對(duì)聚四氟乙烯(PTFE)薄膜材料，其厚度為25-50微米，在聚四氟乙烯材料的另一面鍍上銅(Cu)作為電極層102。
[0044]本實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)各部分的材料選擇與實(shí)施例一中的相同，在這里不再復(fù)述，發(fā)電機(jī)在受到外界振動(dòng)時(shí)的工作原理與實(shí)施例一中的也相同。
[0045]實(shí)施例三:
[0046]導(dǎo)電材料與絕緣體或半導(dǎo)體材料接觸或摩擦后分離，可以在二者的表面發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移。本實(shí)施例中，用導(dǎo)電的金，鋁等代替實(shí)施例二中的導(dǎo)電材料，進(jìn)一步增強(qiáng)草叢結(jié)構(gòu)的納米摩擦風(fēng)能發(fā)電機(jī)的性能。
[0047]下面結(jié)合圖3，具體介紹本實(shí)施例中發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)。
[0048]參見圖3，雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī)的三維圖。參見圖3，雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī)的三維圖。
[0049 ]本發(fā)明各實(shí)施例的發(fā)電機(jī)輸出的電信號(hào)為交流脈沖電信號(hào)。發(fā)電機(jī)輸出的脈沖電信號(hào)，不僅可以作為脈沖電源直接應(yīng)用于電化學(xué)等領(lǐng)域，還可以用來給儲(chǔ)能元件充電，比如電容器或者鋰離子電池等，而儲(chǔ)存的電能能夠用來為便攜式小型電子設(shè)備提供電力，具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0050]在振動(dòng)的作用下，對(duì)本實(shí)施例中的雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī)進(jìn)行了開路電壓和短路電流的測量，結(jié)果分別如圖4-5和圖6-7所示，圖4-5為摩擦發(fā)電機(jī)單元和電磁發(fā)電機(jī)單元的開路電壓測量結(jié)果，圖6-7為摩擦發(fā)電機(jī)單元和電磁發(fā)電機(jī)單元在振動(dòng)作用下的短路電流測量結(jié)果。
[0051 ] 實(shí)施例四:
[0052]本實(shí)施例中，在第三實(shí)施例的基礎(chǔ)上，將發(fā)電機(jī)運(yùn)用于收集地下工作時(shí)人體振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能，如雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī)，將發(fā)電機(jī)置于安全帽兩側(cè)，通過外部電路管理連接LED燈及無線發(fā)射裝置，其重量與商用的安全帽相差無幾，實(shí)際的能量自供給無線發(fā)射裝置具有成本低廉，實(shí)用性很強(qiáng)等特點(diǎn)。如收集在日常生活中的振動(dòng)能，通過振動(dòng)機(jī)械能的收集，點(diǎn)亮了一個(gè)LED展示牌。
[0053]本發(fā)明各實(shí)施例的發(fā)電機(jī)輸出的電信號(hào)為交流脈沖電信號(hào)，可以在發(fā)電機(jī)的輸出端連接全橋整流器，將發(fā)電機(jī)的輸出信號(hào)整流為直流脈沖電信號(hào)。發(fā)電機(jī)輸出的脈沖電信號(hào)，不僅可以作為脈沖電源直接應(yīng)用于電化學(xué)等領(lǐng)域，還可以用來給儲(chǔ)能元件充電，比如電容器或者鋰離子電池等，而儲(chǔ)存的電能能夠用來為便攜式小型電子設(shè)備提供電力，具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0054]本發(fā)明的發(fā)電機(jī)的輸出功率除了受到外界環(huán)境因素，包括振動(dòng)頻率的大小，外加負(fù)載的電阻值等影響外，還受到波浪結(jié)構(gòu)本身的設(shè)計(jì)和制造，包括摩擦層和電極層材料的選擇，以及各部分的尺寸大小，線圈線徑及材料，和摩擦層材料表面的物理和化學(xué)性質(zhì)等的影響。
[0055]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)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī)，其特征在于，包括若干平置于摩擦源表面的結(jié)構(gòu)單元組成，在每個(gè)結(jié)構(gòu)單元中具有:被固定在上、中、下基底上鍍有電極的塑料膜與鍍有電極的波浪彈性塑料片形成的摩擦單元，以及上下線圈與中間永磁鐵所形成的電磁單元； 在相鄰塑料膜與波浪彈性塑料片構(gòu)成的摩擦單元中包括:附在塑料基底(101)上的第一電極層(102)和第一摩擦層(103)，附在波浪彈性塑料片(105)上的第二電極層(104)，形成摩擦納米發(fā)電機(jī)的第一摩擦發(fā)電單元；附在波浪彈性塑料片(105)上的第三電極層(106)，附在塑料基底(109)上的第四電極層(108)和第二摩擦層(107)，形成摩擦納米發(fā)電機(jī)的第二摩擦發(fā)電單元;附在塑料基底(109)上的第五電極層(110)和第三摩擦層(111)，附在波浪彈性塑料片(113)上的第六電極層(112)，形成摩擦納米發(fā)電機(jī)的第三摩擦發(fā)電單元;附在波浪彈性塑料片(113)上的第七電極層(114)，附在塑料基底(117)上的第八電極層(116)和第四摩擦層(115)，形成摩擦納米發(fā)電機(jī)的第四摩擦發(fā)電單元； 所述塑料膜的絕緣材料摩擦層的表面設(shè)置有微結(jié)構(gòu)陣列修飾層； 在線圈與永磁鐵構(gòu)成的電磁單元中包括:嵌入基底(101)中的線圈(118)和嵌入基底(109)中的永磁鐵(I 19)構(gòu)成的第一電磁發(fā)電單元:嵌入基底(109)中的永磁鐵和嵌入基底(117)中的線圈(120)構(gòu)成的第二電磁發(fā)電單元； 所述各摩擦發(fā)電單元和電磁發(fā)電單元均布置有導(dǎo)電引出線，導(dǎo)出各結(jié)構(gòu)單元的電流向外輸出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述各摩擦發(fā)電單元和電磁發(fā)電單元的導(dǎo)電引出線以串聯(lián)、并聯(lián)或其組合匯集輸出電流。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述塑料膜的摩擦層材料與相鄰電極材料之間存在電極序差異。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述絕緣材料微結(jié)構(gòu)陣列選自高分子材料的納米線、納米錐、納米棒陣列。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述絕緣材料微結(jié)構(gòu)陣列的高度或深度為200納米至2微米。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述第一摩擦層(103)、第二摩擦層(107)、第三摩擦層(111)、第四摩擦層(115)和第一電極層(102)、第二電極層(104)、第三電極層(106)、第四電極層(108)、第五電極層(110)、第六電極層(112)、第七電極層(114)、第八電極層(116)的厚度優(yōu)選為0.01-0.8毫米。7.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述絕緣體材料選自高分子聚合物材料:聚四氟乙烯，聚二甲基硅氧烷，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、再生纖維海綿薄膜、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、聚酯薄膜、聚異丁烯薄膜、聚氨酯柔性海綿薄膜、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、酚醛樹脂薄膜、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、聚(偏氯乙烯-C0-丙烯腈)薄膜或聚乙烯丙二酚碳酸鹽薄膜，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚雙苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙稀、聚氯乙稀。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述導(dǎo)電材料選自金屬、合金或?qū)щ娧趸铮渲?，所述金屬選自金、銀、鋁、銅或氧化銦錫。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述線圈材料選自金屬漆包線，其中，所述金屬選自金、銀、銅。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層波浪形雜化納米發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述永磁鐵材料選自合金，其中，所述合金選自招鎳鈷合金、釤鈷合金、釹鐵硼合金。
【文檔編號(hào)】H02N1/04GK105958858SQ201610357445
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月25日
【發(fā)明人】楊維清, 靳龍, 張磊, 張彬彬, 張海濤, 朱旻昊
【申請(qǐng)人】西南交通大學(xué)