一種多層聯(lián)動(dòng)折疊式摩擦發(fā)電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于發(fā)電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多層聯(lián)動(dòng)折疊式摩擦發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]利用對(duì)環(huán)境破壞較小和自然資源消耗較少的新型發(fā)電形式對(duì)自然界的動(dòng)能進(jìn)行有效收集具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。另外，微型自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和便攜式電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用要求發(fā)電裝置要兼具較高的發(fā)電效率和便于攜帶、制備簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。
[0003]摩擦電和靜電感應(yīng)是自然界中的常見現(xiàn)象，近年來，利用摩擦電效應(yīng)的摩擦發(fā)電機(jī)已成為廣受關(guān)注的研究熱點(diǎn)，迄今已成功的將自然界中的水流、氣流、聲音以及人體運(yùn)動(dòng)等能源形式轉(zhuǎn)化成了電能，并能為環(huán)境治理、傳感器以及發(fā)光器件等提供電能。摩擦發(fā)電機(jī)的基本原理是通過摩擦極性順序相差較大的兩種材料之間的相互接觸或摩擦產(chǎn)生靜電荷，結(jié)合靜電感應(yīng)效應(yīng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和輸出性能高的特點(diǎn)。
[0004]現(xiàn)有摩擦發(fā)電技術(shù)主要存在輸出功率較低、機(jī)械性能差、對(duì)運(yùn)動(dòng)速度或震動(dòng)頻率要求高、電流輸出不穩(wěn)定和制備成本高等問題，從而限制了摩擦發(fā)電機(jī)在實(shí)際生活中的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種多層聯(lián)動(dòng)折疊式摩擦發(fā)電機(jī)，用于解決將往復(fù)伸縮或震動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換為電能時(shí)輸出功率小和對(duì)運(yùn)動(dòng)速度要求高的技術(shù)問題。
[0006]為了達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種多層聯(lián)動(dòng)折疊式摩擦發(fā)電機(jī)，包括至少一個(gè)第一摩擦單元、至少一個(gè)第二摩擦單元和用于連接第一摩擦單元、第二摩擦單元的連接件;所述第一摩擦單元包括基底、覆蓋在基底上的導(dǎo)電層和覆蓋在導(dǎo)電層上的第一摩擦層，所述第二摩擦單元包括基底、覆蓋在基底上的導(dǎo)電層和覆蓋在導(dǎo)電層上的第二摩擦層，所述連接件通過設(shè)置于基底兩端的轉(zhuǎn)軸將所有摩擦單元均勻且相對(duì)地連接在一起，連接件圍繞轉(zhuǎn)軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在往復(fù)性外力作用下，相對(duì)的第一摩擦層和第二摩擦層通過連接件和轉(zhuǎn)軸的作用同時(shí)作相向或相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)該第一摩擦層和第二摩擦層的同步分離和接觸。
[0007]所述多層聯(lián)動(dòng)折疊式摩擦發(fā)電機(jī)在往復(fù)性外力的作用下發(fā)生同步接觸和分離，以使相對(duì)的第一摩擦層和第二摩擦層之間的靜電荷發(fā)生移動(dòng)，致使所述導(dǎo)電層間的感應(yīng)電勢(shì)發(fā)生周期性變化，驅(qū)動(dòng)電子流動(dòng)并向外電路輸送出交流電。所述第二摩擦層經(jīng)過負(fù)電荷預(yù)注入處理，單位面積的電荷密度較高，從而具有較高的電流輸出效率。
[0008]本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)還包括:
所述第一摩擦單元和第二摩擦單元的摩擦層面對(duì)面相對(duì)設(shè)置。
[0009]所述第一摩擦單元的金屬導(dǎo)電層為金屬電極板時(shí)也可以直接用做摩擦層。第二摩擦單元的聚合物薄膜作了電子注入預(yù)處理，而第一摩擦單元沒有做正電荷注入預(yù)處理。
[0010]所述連接件為旋轉(zhuǎn)連接件，材質(zhì)為絕緣材料，如硬質(zhì)薄板、塑料板或亞克力板。
[0011]所述單個(gè)聚合物薄膜的面積等于兩種導(dǎo)電層中任一個(gè)導(dǎo)電層的面積。
[0012]本發(fā)明設(shè)計(jì)并制作的一種新型多層聯(lián)動(dòng)折疊式摩擦發(fā)電機(jī)，摩擦層經(jīng)過了電子注入預(yù)處理，提高了摩擦層的電荷密度和耐磨性;發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)為多層聯(lián)動(dòng)折疊式設(shè)計(jì)，各摩擦層能嚴(yán)格地同時(shí)相向或相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使所有摩擦層在同一時(shí)間發(fā)生接觸和分離，增加了電流和電壓輸出的穩(wěn)定性;摩擦層的數(shù)量可方便地增加或減少，可以克服普通摩擦發(fā)電機(jī)電流較小的不足；另外，本發(fā)明的多層聯(lián)動(dòng)折疊式摩擦發(fā)電機(jī)即使在往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度較小或振動(dòng)頻率較低的情況下也能獲得穩(wěn)定的輸出電流，拓寬了能量收集的范圍。
[0013]本發(fā)明多層聯(lián)動(dòng)折疊式摩擦發(fā)電機(jī)的輸出性能是多種因素共同作用的結(jié)果(包括摩擦單元的數(shù)量、往復(fù)運(yùn)動(dòng)的頻率、摩擦層的接觸面積以及兩種摩擦層的摩擦性能等)，目前利用三層摩擦層制備的摩擦發(fā)電機(jī)的最佳輸出短路電流和開路電壓分別為200μΑ和900V，最大功率達(dá)7.2W/V(每層摩擦層有效接觸面積為25cm2)。在應(yīng)用上，這種發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流能同時(shí)點(diǎn)亮500個(gè)LED燈。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的多層聯(lián)動(dòng)折疊式摩擦發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、經(jīng)久耐用、輸出電壓高、電流大，且輸出電壓和電流大小可調(diào)等特點(diǎn)，這種多層聯(lián)動(dòng)折疊式摩擦發(fā)電機(jī)對(duì)波動(dòng)能、振動(dòng)能及其它往復(fù)性運(yùn)動(dòng)的能量均能有效收集。
[0015]本發(fā)明提供的多層聯(lián)動(dòng)折疊式摩擦發(fā)電機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于:
(I)通過對(duì)兩種摩擦層平行聯(lián)動(dòng)折疊式的設(shè)計(jì)，使各摩擦層能嚴(yán)格地同時(shí)相向或相對(duì)運(yùn)動(dòng)，極大地提高了摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電流和功率及其穩(wěn)定性，折疊式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也能有效提高相同體積的摩擦發(fā)電機(jī)的摩擦面積。
[0016](2)所述第二摩擦層經(jīng)過電子注入預(yù)處理，這種方法的特點(diǎn)是使摩擦層的耐磨性增強(qiáng)、表面電荷密度增大，所述處理使得人們無需對(duì)摩擦層或電極層表面做微納結(jié)構(gòu)改性即可獲得較高的輸出性能，不僅提高了摩擦發(fā)電機(jī)的堅(jiān)固性和持久性，還降低了其制作成本和工藝難度，有利于推廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0017]圖1是實(shí)施方式中多層聯(lián)動(dòng)折疊式摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是實(shí)施方式中多層聯(lián)動(dòng)折疊式摩擦發(fā)電機(jī)電流產(chǎn)生原理示意圖；
圖3是實(shí)施方式中多層聯(lián)動(dòng)折疊式摩擦發(fā)電機(jī)電壓產(chǎn)生原理示意圖；
圖4是實(shí)施方式中多層聯(lián)動(dòng)折疊摩擦發(fā)電機(jī)的短路電流；
圖5是實(shí)施方式中多層聯(lián)動(dòng)折疊摩擦發(fā)電機(jī)的電壓波形曲線。
[0018]圖中:1、基底;2、導(dǎo)電層;3、第一摩擦層;4、第二摩擦層;5、連接件;6、轉(zhuǎn)軸。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行清楚、完整地描述。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的【具體實(shí)施方式】?jī)H用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0020]在本發(fā)明中，在未作相反說明的情況下，使用的方位詞如“上、下”是指示圖中的方向；“填充度”定義為接觸和分離過程中形成的面積。
[0021 ]如圖1所示，多層聯(lián)動(dòng)折疊式摩擦發(fā)電機(jī)包括兩個(gè)第一摩擦單元和一個(gè)第二摩擦單元和用于連接第一摩擦單元、第二摩擦單元的連接件5;所述第一摩擦單元包括基底1、覆蓋在基底I上的導(dǎo)電層2和覆蓋在導(dǎo)電層2上的第一摩擦層3，所述第二摩擦單元包括基底1、覆蓋在基底I上的導(dǎo)電層2和覆蓋在導(dǎo)電層2上的第二摩擦層4，所述連接件5通過設(shè)置于基底I兩端的轉(zhuǎn)軸6將所有摩擦單元均勻且相對(duì)地連接在一起，連接件5圍繞轉(zhuǎn)軸6做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在往復(fù)性外力作用下，相對(duì)的第一摩擦層3和第二摩擦層4發(fā)生同步接觸和分離產(chǎn)生摩擦靜電荷，并使所述導(dǎo)電層2產(chǎn)生與該摩擦靜電荷等量的相反電荷。本發(fā)明中聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是所有的摩擦層同時(shí)相向或相對(duì)運(yùn)動(dòng);第二摩擦層4經(jīng)過了電子注入預(yù)處理，這兩種特點(diǎn)的結(jié)合使得所述發(fā)電機(jī)具備了優(yōu)于其它類似發(fā)電機(jī)的輸出性能。
[0022]本實(shí)施方式中