一種電極內(nèi)置式摩擦發(fā)電機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于摩擦發(fā)電機領(lǐng)域，具體涉及一種電極內(nèi)置式摩擦發(fā)電機。
【背景技術(shù)】
[0002]摩擦起電是自然界中最常見的現(xiàn)象之一，但是由于摩擦電很難被收集和利用，因此往往容易被人們所忽視。2012年，美國佐治亞理工學院教授王中林領(lǐng)導的研究小組發(fā)明了一種透明柔性的摩擦發(fā)電機，借助柔性高分子聚合物材料成功將摩擦轉(zhuǎn)換成了可供使用的電力。摩擦發(fā)電機依靠摩擦起電效應和靜電感應效應，通過兩層聚合物薄膜之間產(chǎn)生的摩擦電荷分離并形成電勢差，經(jīng)由外部電路形成電流，從而將機械能轉(zhuǎn)換為電能。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)存在的主要問題為:一般摩擦發(fā)電機的電極為金屬薄膜，通常采用蒸鍍或粘貼的方式固定在聚合物的表面上。工作一段時間后，裸露的電極易受磨損和損壞，這樣會影響發(fā)電機的穩(wěn)定性，縮短其使用壽命。因此，提高電極的穩(wěn)定性，對于提高發(fā)電機的穩(wěn)定性和使用壽命尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中摩擦發(fā)電機的電極穩(wěn)定性差的問題，本發(fā)明提出一種結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性高、使用壽命長的電極內(nèi)置式摩擦發(fā)電機，所述發(fā)電機包括外部絕緣體、內(nèi)置電極層和地電極；
進一步地，所述外部絕緣體包括具有一開口的長方體腔室和微結(jié)構(gòu)，所述微結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述長方體腔室外表面的至少一個面上，所述內(nèi)置電極層與所述長方體腔室的內(nèi)表面固定連接，所述地電極連接所述內(nèi)置電極層位于開口一端的端側(cè)；
進一步地，所述微結(jié)構(gòu)包括微納柱狀結(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，所述微結(jié)構(gòu)通過化學刻蝕法、等離子刻蝕法或者模板法設(shè)置在所述長方體腔室外表面的至少一個面上；
進一步地，所述內(nèi)置電極層由具有導電性的材料制成；
進一步地，所述具有導電性的材料包括銦錫氧化物、銀納米線膜、導電碳纖維、金屬或合金，其中，所述金屬包括銀、金、鈾、鈀、招、鎳、銅、鈦、絡(luò)、鐵、猛、錫、鉬、媽或銀；所述合金包括招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、錦合金、祕合金、銦合金、鎵合金、鎢合金、鉬合金、鈮合金或鉭合金；
進一步地，所述內(nèi)置電極層的厚度為1μηι-20μηι時最佳；
進一步地，所述外部絕緣體由對電子束縛能力較弱的材料制成；
進一步地，所述對電子束縛能力較弱的材料包括聚四氟乙烯、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、聚對苯二甲酸二烯丙酯、聚乙烯丙烯共聚物、聚乙烯丁二烯共聚物、聚甲基、甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚異丁烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇縮丁醛、甲醛苯酚、丁二烯丙烯共聚物、聚丙烯腈、丙烯腈氯乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氯丁二烯、聚雙苯酚碳酸酯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯；
進一步地，所述長方體腔室的高度為50 μ m-500 μ m時最佳；
本發(fā)明的有益效果如下:
1)通過人體皮膚和外部絕緣體之間的接觸和分離，來產(chǎn)生周期性的電勢差以進行發(fā)電，方便實用；
2)摩擦發(fā)電機的電極內(nèi)置的設(shè)計，可以大幅提高電極的穩(wěn)定性，從而提高摩擦發(fā)電機的穩(wěn)定性、延長其使用壽命；
3 )體積小，相比現(xiàn)有技術(shù)更加節(jié)省材料，節(jié)約成本。
【附圖說明】
[0005]圖1本發(fā)明電極內(nèi)置式摩擦發(fā)電機的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明電極內(nèi)置式摩擦發(fā)電機的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明電極內(nèi)置式摩擦發(fā)電機的俯視圖；
圖4為本發(fā)明的外部絕緣體的表面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0006]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細描述。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本發(fā)明有更好的了解，在下文對本發(fā)明的細節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細節(jié)部分。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。
[0007]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不作為對本發(fā)明的限定。下面為本發(fā)明的舉出最佳實施例:
圖1是本發(fā)明電極內(nèi)置式摩擦發(fā)電機的立體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明電極內(nèi)置式摩擦發(fā)電機的截面結(jié)構(gòu)示意圖，圖3本發(fā)明電極內(nèi)置式摩擦發(fā)電機的俯視圖。下面結(jié)合圖
1-圖3，詳細說明本發(fā)明電極內(nèi)置式摩擦發(fā)電機的結(jié)構(gòu)，所述發(fā)電機包括外部絕緣體1、內(nèi)置電極層2和地電極3。
[0008]所述外部絕緣體1包括具有一開口 11的長方體腔室12和微結(jié)構(gòu)13，所述微結(jié)構(gòu)13設(shè)置在所述長方體腔室12外表面的至少一個面上，所述微結(jié)構(gòu)13包括微納柱狀結(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，所述微結(jié)構(gòu)13通過化學刻蝕法、等離子刻蝕法或者模板法設(shè)置在所述長方體腔室12外表面的至少一個面，所述外部絕緣體1由對電子束縛能力較弱的材料制成，所述對電子束縛能力較弱的材料包括聚四氟乙烯、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、聚對苯二甲酸二烯丙酯、聚乙烯丙烯共聚物、聚乙烯丁二烯共聚物、聚甲基、甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚異丁烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇縮丁醛、甲醛苯酚、丁二烯丙烯共聚物、聚丙烯腈、丙烯腈氯乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氯丁二烯、聚雙苯酚碳酸酯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯，所述長方體腔室12的高度為50 μ m-500 μ m 時最佳。
[0009]所述內(nèi)置電極層2與所述長方體腔室12的內(nèi)表面固定連接，所述內(nèi)置電極層2由具有導電性的材料制成，所述具有導電性的材料包括銦錫氧化物、銀納米線膜、導電碳纖維、金屬或合金，其中，所述金屬包括銀、金、鉑、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、鐵、錳、錫、鉬、鎢或釩；所述合金包括招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、錦合金、祕合金、銦合金、鎵合金、媽合金、鉬合金、銀合金或鉭合金，所述內(nèi)置電極層2的厚度為1 μ m-20 μ m時最佳。
[0010]所述地電極3連接所述內(nèi)置電極層2位于開口 11 一端的端側(cè)。
[0011]本發(fā)明提出的電極內(nèi)置式摩擦發(fā)電機的工作原理如下:當人體皮膚接觸外部絕緣體1后，外部絕緣體1表面產(chǎn)生摩擦電荷；在人體皮膚與外部絕緣體1發(fā)生接觸和分離的過程中，外部絕緣層1與地電極3之間的電勢差驅(qū)動電子在內(nèi)置電極層2與地電極3之間流動，從而在外電路中有電信號輸出。
[0012]以上所述的實施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的【具體實施方式】的一種，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進行的通常變化和替換都應包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種電極內(nèi)置式摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述發(fā)電機包括外部絕緣體、內(nèi)置電極層和地電極； 其中，所述外部絕緣體包括具有一開口的長方體腔室和微結(jié)構(gòu)，所述微結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述長方體腔室外表面的至少一個面上，所述內(nèi)置電極層與所述長方體腔室的內(nèi)表面固定連接，所述地電極連接所述內(nèi)置電極層位于開口 一端的端側(cè)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機，其特征在于，所述微結(jié)構(gòu)包括微納柱狀結(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，所述微結(jié)構(gòu)通過化學刻蝕法、等離子刻蝕法或者模板法設(shè)置在所述長方體腔室外表面的至少一個面上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機，其特征在于，所述內(nèi)置電極層由具有導電性的材料制成。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)電機，其特征在于，所述具有導電性的材料包括銦錫氧化物、銀納米線膜、導電碳纖維、金屬或合金，其中，所述金屬包括銀、金、鉑、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、絡(luò)、鐵、猛、錫、鉬、媽或1凡；所述合金包括招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、錦合金、祕合金、銦合金、鎵合金、媽合金、鉬合金、銀合金或鉭合金。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機，其特征在于，所述內(nèi)置電極層的厚度為1ym-20 μπι時最佳。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機，其特征在于，所述外部絕緣體由對電子束縛能力較弱的材料制成。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)電機，其特征在于，所述對電子束縛能力較弱的材料包括聚四氟乙烯、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、聚對苯二甲酸二烯丙酯、聚乙烯丙烯共聚物、聚乙烯丁二烯共聚物、聚甲基、甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚異丁烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇縮丁醛、甲醛苯酚、丁二烯丙烯共聚物、聚丙烯腈、丙烯腈氯乙稀、聚氯乙稀、聚苯乙稀、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氯丁二稀、聚雙苯酚碳酸酯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機，其特征在于，所述長方體腔室的高度為.50 μ m-500 μ m 時最佳。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性高、使用壽命長的電極內(nèi)置式摩擦發(fā)電機，所述發(fā)電機包括外部絕緣體、內(nèi)置電極層和地電極，所述外部絕緣體包括具有一開口的長方體腔室和微結(jié)構(gòu)，所述微結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述長方體腔室外表面的至少一個面上，所述內(nèi)置電極層與所述長方體腔室的內(nèi)表面固定連接，所述地電極連接所述內(nèi)置電極層位于開口一端的端側(cè)，本發(fā)明通過人體皮膚和外部絕緣體之間的接觸和分離，來產(chǎn)生周期性的電勢差以進行發(fā)電，方便實用；摩擦發(fā)電機的電極內(nèi)置的設(shè)計，可以大幅提高電極的穩(wěn)定性，從而提高摩擦發(fā)電機的穩(wěn)定性、延長其使用壽命；本發(fā)明體積小，相比現(xiàn)有技術(shù)更加節(jié)省材料，節(jié)約成本。
【IPC分類】H02N1/04
【公開號】CN105375810
【申請?zhí)枴緾N201510724841
【發(fā)明人】張躍, 馬明園, 廖慶亮, 楊聞帥, 司浩楠, 劉碩, 張光杰
【申請人】北京科技大學
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年10月29日