CN103368446B - 静电发电机及其制备方法和自驱动传感系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的静电发电机包括弯曲的柔性基底，所述基底的外表面制备有电极层；贴合在所述基底内表面的高分子薄膜层；与所述高分子薄膜层边缘粘贴的金属薄膜，所述金属薄膜与所述高分子薄膜之间形成拱形空腔。相应地，本发明还提供一种静电发电机的制备方法和应用该静电发电机的自驱动传感系统。由于高分子薄膜层和金属薄膜具有不同的得电子能力，并且高分子薄膜层和金属薄膜之间形成拱形空腔结构，增加了高分子薄膜层和金属薄膜接触时界面处的面电荷密度；可以有效驱动金属薄膜与高分子薄膜电荷的分离过程，可以提高静电纳米发动机的输出性能。

Description

静电发电机及其制备方法和自驱动传感系统

技术领域

本发明涉及一种发电机，特别涉及一种将机械能转化为电能的静电发电机及其制备方法，以及应用静电纳米发动机的自驱动传感系统。

背景技术

当今电子器件产业发展迅速，并趋向于无线、便携和多功能化方向发展，这就要求器件能有一个可以独立、持久工作的电源。因为我们的生活和周围环境中有很多各种形式的机械能，像车辆移动、潮汐、人体运动等等，不胜枚举。自从2006年，基于纳米压电材料的纳米发电机问世，可以收集环境中的机械能，并将其转化为电信号，为小型电子设备（尤其是植入式的电子设备）的供电问题提供了一个很有前景的解决方案；近年来，人们研究出一种基于两平板表面接触起电的平板式静电发电机，也可以有效的将机械能转化为电能。以上所述的两种类型的纳米发电机具有相似的工作原理：首先，在外力作用下发电机中存在不可移动的电荷（压电发电机中的离子电荷和静电发电机中的静电荷），在周期性的变形过程中，发电机中的正负电荷中心（或平面）会发生循环往复的分离和重合过程，而在这个过程中顶电极和底电极上产生的交变的电势差会驱动外电路的可移动载流子（即电子）的定向移动，从而产生交流的电流信号。

但是，到目前为止，已经研发的纳米发电机的输出功率仍然太小，还不足以达到驱动商用电子设备正常工作的需求。对于静电发电机来说，要提高其输出功率可以从两个主要方面进行：一方面，可以选取两种得电子能力差异较大的材料作为发电机的主要部分，或者通过表面修饰，可以提高接触起电过程中在材料表面产生的电荷密度；另一方面，对于平板式的静电发电机，两个平板之间的有效接触和分离对纳米发电机的输出性能有很重要的影响。由于外力的挤压作用只能提供使得两个平板相接触的驱动力，而接触产生静电荷之间的引力反而会使得两个平板之间的有效分离变得困难。目前，在两平板之间引入一种弹性隔离层来实现两个平板之间的分离，但是，隔离层的引入会阻碍两个平板之间的有效接触，从而影响纳米发电机的输出性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种静电发电机，能够克服现有静电发电机中隔离层的引入使产生静电的两个平板接触不充分的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种静电发电机，包括：

弯曲的柔性基底，所述基底的外表面制备有电极层；

贴合在所述基底内表面的高分子薄膜层；

与所述高分子薄膜层边缘粘贴的金属薄膜，所述金属薄膜与所述高分子薄膜之间形成拱形空腔；

其中，所述高分子薄膜层和金属薄膜具有不同的得电子能力。

优选地，所述基底包括：

弯曲的有机物衬底；

所述衬底外表面的弯曲动力层；

其中，所述弯曲动力层与有机物衬底具有不同的热膨胀系数。

优选地，所述高分子薄膜层和/或金属薄膜面向空腔的表面具有微纳结构。

优选地，所述静电发电机还包括全桥整流电路，所述全桥整流电路的两个输入端分别连接所述电极层和所述金属薄膜，所述全桥整流电路的两个输出端为静电发电机的输出端。

优选地，所述高分子薄膜层为聚对二甲基硅氧烷薄膜；所述金属薄膜为铝箔。

优选地，所述有机物衬底为聚酰亚胺；所述弯曲动力层为二氧化硅薄膜。

优选地，所述高分子薄膜层和/或金属薄膜面向空腔的表面具有金字塔阵列或立方体阵列的微纳结构。

相应地，本发明还提供一种静电纳米发动机的制备方法，包括步骤：

提供弯曲的柔性基底；

将高分子薄膜贴合在所述基底的内表面；

在所述基底的外表面制备电极层；

用绝缘胶将所述高分子薄膜的边缘与金属薄膜的边缘粘贴，使所述高分子薄膜与金属薄膜之间形成拱形空腔。

优选地，所述提供弯曲的柔性基底步骤为：

提供平面型有机物衬底；

采用高温沉积方法在所述有机物衬底的上表面制备金属氧化物薄膜层；

将制备有金属氧化物薄膜层的有机物衬底取出冷却至室温，形成弯曲的柔性基底。

优选地，所述将高分子薄膜贴合在所述基底的内表面步骤前还包括：在高分子薄膜的上表面制备微纳米结构；

相应地，将高分子薄膜贴合在所述基底的内表面的步骤为：将高分子薄膜贴合在所述基底的内表面，使所述微纳米结构与所述基底分别位于所述高分子薄膜的上下表面。

优选地，所述用绝缘胶将所述高分子薄膜的边缘与金属薄膜的边缘粘贴步骤前还包括步骤：在所述金属薄膜的上表面制备微纳米结构；

相应地，用绝缘胶将所述高分子薄膜的边缘与所述金属薄膜的边缘粘贴步骤具体为：用绝缘胶将所述高分子薄膜的边缘和所述金属薄膜的边缘粘贴在一起，使所述金属薄膜表面的微纳米结构面向所述高分子薄膜。

相应地，本发明还提供一种自驱动传感系统，包括：传感发射子系统和信号接收子系统，其中：

传感发射子系统和信号接收子系统都包括：静电发电机、全桥整流器和电池装置；其中

所述静电发电机包括：弯曲的柔性基底，所述基底的外表面制备有电

极层；贴合在所述基底内表面的高分子薄膜层；与所述高分子薄膜层边缘

粘贴的金属薄膜，所述金属薄膜与所述高分子薄膜之间形成拱形空腔；其

中，所述高分子薄膜层和金属薄膜具有不同的得电子能力；

传感发射子系统中还包括信号探测和传输装置，其中，静电发电机用于将机械能转变为电信号，全桥整流器用于将静电发电机产生的电信号转变为直流信号，并传输给电池装置储存电能；电池装置为信号探测和传输装置提供电源；探测和传输装置用于探测待测信息并将信息进行处理后向外发射；

信号接收子系统中还包括信号接收装置，其中，静电发电机用于将机械能转变为电信号，全桥整流器用于将静电发电机产生的电信号转变为直流电信号，并传输给电池装置储存电能；电池装置为信号接收装置提供电源；信号接收装置用于接收所述信号探测和传输装置发射的信号并将信号处理后以可读方式显示。

与现有技术相比，本发明的静电发电机具有下列优点：

本发明提供的静电发电机包括弯曲的柔性基底，所述基底的外表面制备有电极层；贴合在所述基底内表面的高分子薄膜层；与所述高分子薄膜层边缘粘贴的金属薄膜，所述金属薄膜与所述高分子薄膜之间形成拱形空腔。由于所述高分子薄膜层和金属薄膜具有不同的得电子能力，利用金属和高分子的接触起电，很大程度上增加了二者接触时界面处的面电荷密度；并且高分子薄膜层和金属薄膜之间形成拱形空腔结构，可以有效驱动金属薄膜与高分子薄膜电荷的分离过程，这可以提高静电纳米发动机的输出性能。

另外，在金属薄膜或高分子薄膜面向空腔的表面制备微纳米结构，增加了二者的有效接触面积，从而提高了材料表面的电荷密度，这可以进一步提高静电纳米发动机的输出性能。

此外，本发明所述的静电发电机可以通过桥式整流电路，为小型设备的锂离子电池充电或者驱动LED灯设备工作。采用本发明的静电发电机的自驱动传感系统，在进行传感探测、信号传输等工作时不需要外接电源，环境中存在的机械能驱动静电纳米发动机发电后储存在电池装置中的电能就可自驱动传感系统工作，可以应用在测量室外环境中的温度、湿度和风速的参数，并通过无线数据传输方式进行测量结果的发送和接收，特别是可以应用在环境条件恶劣的情况下。

附图说明

通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为本发明实施例一的静电发电机的结构示意图；

图2为本发明实施例二中高分子薄膜和金属薄膜表面的微纳米结构图片；

图3为本发明实施例二中静电发电机俯视示意图；

图4为本发明的静电发电机的开路电压和短路电流测试结果；

图5为本发明的静电发电机的制备流程图；

图6和图7为本发明实施例四中的静电纳米发动机具体应用时的电路示意图；

图8为本发明实施例五的自驱动传感系统的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。

现有的基于两平板表面接触起电的平板式静电发电机，为了保证两平板在接触后可以顺利分离，需要在两平板之间引入一种弹性隔离层来实现两个平板之间的分离，但是，隔离层的引入会阻碍两个平板之间的有效接触，从而影响纳米发电机的输出性能。本发明提供一种新型的静电发电机，能够克服现有静电发电机中隔离层的引入使产生静电的两个平板接触不充分的问题。本发明的技术方案为：高分子薄膜层边缘于金属薄膜的边缘粘贴，使金属薄膜与高分子薄膜之间形成拱形空腔，高分子薄膜层与金属薄膜之间存在得电子能力差异，当外部引入的机械能使高分子薄膜层与金属薄膜接触在分离后，在高分子薄膜层与金属薄膜各自带有不同的电荷，将机械能转变为电能实现发电。由于本发明的静电发电机中接触产生电荷的两个表面之间的拱形空腔中不存在弹性隔离层，在外部引入机械能的作用下，高分子薄膜层与金属薄膜接触充分，在无外力的情况下，高分子薄膜和金属薄膜之间可以形成自然的分离，从而提高静电发电机的输出性能。

为使本发明的技术方案更清楚，下面结合附图详细介绍本发明的实施例。

实施例一：

参见图1，本实施例中的静电发电机包括：弯曲的柔性基底包括有机物衬底1和弯曲动力层2，在弯曲动力层2的作用下有机物衬底1形成拱形弯曲，所述基底的外表面（凸起表面）制备有电极层4，贴合在所述基底内表面（凹陷表面）的高分子薄膜层3，与所述高分子薄膜层3边缘粘贴的金属薄膜5，优选为金属薄膜5的面积与高分子薄膜3的面积相当，即面积基本相同，所述金属薄膜5的边缘与所述高分子薄膜3的边缘粘贴后金属薄膜5与所述高分子薄膜3之间形成拱形空腔6，金属薄膜5与所述高分子薄膜3边缘处的距离较小，中心处的距离较大；其中，所述高分子薄膜层3和金属薄膜5具有不同的得电子能力。贴合在基底内表面的高分子薄膜层3也具有弯曲的表面。高分子薄膜的边缘和金属薄膜的边缘通过绝缘胶粘面对面贴合在一起，互相之间没有直接接触。优选为，高分子薄膜与金属薄膜的面积相同。在垂直电极表面的外力F挤压下，高分子薄膜层3与金属薄膜5接触，撤去外力F时，由于弯曲的柔性基底弹性回复，高分子薄膜层3与金属薄膜5分离，在周期性外力的作用下，高分子薄膜层与金属薄膜周期性的接触和分离，可以在电极层4（上电极）和金属薄膜5（下电极）之间形成周期性的电信号。本实施例还包括必然与静电发电机必然相关的电极引出导线7和8，在导线7和8之间接入电子元件或测试装置，有电流流过，可以检测到周期性电信号。

高分子薄膜层可以为聚对二甲基硅氧烷（PDMS）、聚四氟乙烯（Teflon），聚氯乙烯（PVC），聚三氟氯乙烯，或者聚酰亚胺（Kapton）等高分子薄膜；金属薄膜可以为铝箔、铜、银、镍、铁（或钢）等金属薄膜；电极层为金膜等常规电极材料；基底中的有机物衬底可以为聚酰亚胺等有机物，弯曲动力层2可以为二氧化硅等材料，只要保证有机物衬底和弯曲动力层具有不同的热膨胀系数，保证在室温时基底呈现弯曲状态即可。

本发明中涉及的材料的得电子能力是指，两种材料相接触时一个带正电，一个带负电，即这两种材料的得电子能力不同。例如，高分子材料聚对二甲基硅氧烷（PDMS）与金属材料铝箔接触时铝箔带正电，即得电子能力较弱，聚对二甲基硅氧烷（PDMS）带负电，即得电子能力较强。

另外，本实施例中的金属薄膜也可以是用蒸镀或溅射等工艺沉积在其他衬底表面的金属膜，例如，用表面沉积有金属膜的有机物衬底代替金属薄膜，在外加应力作用下高分子薄膜和有机物表面的金属膜接触。

上述的纳米发动机中基底为包括有机物衬底和弯曲动力层的双层结构，以有机物衬底为聚酰亚胺（Kapton），弯曲动力层为SiO₂为例，弯曲的有机物衬底的形成过程为：利用等离子增强化学气相沉积方法等高温（例如250℃）方法在平面的聚酰亚胺（Kapton）衬底上表面镀一层二氧化硅薄膜，由于聚酰亚胺与二氧化硅的热膨胀系数不同，待聚酰亚胺衬底冷却至室温后，自然形成图1中弯曲的柔性基底。弯曲动力层2的作用是使柔性基底在自然状态下变得弯曲。

本实施例中弯曲的柔性基底也可以采用单层有机物的结构，例如硅胶、聚酰亚胺等可以制备为弯曲形状的柔性有机物。

本实施例中的高分子薄膜层与金属薄膜表面基本为光滑表面，当对薄膜层和/或金属薄膜表面进行表面修饰后，可以提高静电发电机接触起电过程中产生的电荷密度。

实施例二：

本实施例与实施例一的区别在于，在形成拱形空腔的高分子薄膜层和/或金属薄膜的表面形成微纳米结构，所述的微纳米结构面向高分子薄膜层和金属薄膜形成的空腔，在外力作用下接触时能够有效提高高分子薄膜层与金属薄膜接触的面积。可以在高分子薄膜层或金属薄膜的相对表面都制备微纳米结构，也可以只在一个薄膜表面制备微纳米结构。这种纳米结构可以是通过光刻蚀等方法制备的线状、立方体、或者四棱锥形状的阵列，阵列中每个这种单元的尺寸在纳米到微米量级，具体微纳米结构的单元尺寸、形状不应该限制本发明的范围。

以在铝箔表面形成微纳米结构的方法为例，具体介绍微纳米结构的制备过程：在清洁的铝箔表面涂覆光刻胶，通过光刻技术在光刻胶上制作方形开口阵列模版，方形开口尺寸约为5微米，距离约为5微米；在制作有方形光刻胶开口的铝箔上通过电子束蒸发均匀镀一层厚度约2微米的铝薄膜；在丙酮中浸泡剥离铝箔上剩余光刻胶和光刻胶上所镀的铝膜，这样将获得分布于铝箔表面的铝的立方体阵列微结构。

以高分子薄膜层为聚对二甲基硅氧烷薄膜、金属薄膜为铝箔为例，参见图2，图中a图为聚对二甲基硅氧烷薄膜表面的四棱锥状微纳米结构阵列的扫面电镜照片，每个四棱锥状结构的底边尺寸约10微米，距离约5微米。图中b图为铝箔表面的立方体微纳米结构阵列的扫面电镜照片，每个立方体边长约5微米，距离约5微米。

在本实施例的基底纳米发电机中，高分子薄膜层为聚对二甲基硅氧烷薄膜，金属薄膜为铝箔，电极为金膜，基底为弯曲的聚酰亚胺（Kapton）和金属氧化物为SiO₂复合双层基底，聚对二甲基硅氧烷薄膜与铝箔面积相同，相对的表面都设置有微纳米结构，该静电发电机的尺寸为3厘米×2.8厘米（见静电纳米发动机的俯视图3）。在具体实施过程中，聚对二甲基硅氧烷薄膜与铝箔的尺寸和形状可以有多种选择，在此不应限制本发明的保护范围。

对上述图3中的静电发电机进行了输出性能测试，具体测试过程为，将静电发电机的顶电极（金膜）和底电极（铝箔）用Kapton绝缘胶带封装，并将底电极固定在平面绝缘的监测台上，将两个电极引出导线分别接到测量设备的两个接头上；然后，利用商用的直线式马达在顶电极的垂直方向加载周期性的压力作用；这样，由于纳米发电机两部分的接触起电以及产生静电荷的不断分离和重合过程，通过测量设备（利用Keithley 6514静电计测量电压，利用Stanford Research System的SR570测量电流）可以测得所述静电发电机的开路电压和短路电流。如图4所示，测得的纳米发电机的开路电压（图中a图）和短路电流（图中b图）可分别高达230伏和0.1纳米发电机的输出性能与频率的关系，以及纳米发电机在外加负载上的实际输出电压和输出电流。3毫安，而纳米发电机的瞬时输出功率密度可达128毫瓦/立方厘米，理论上的机械能转化效率可高达10%~39%。通过本实施例的测量方法，也可以测得所述静电发电机的输出性能与频率的关系，以及纳米发电机在外加负载上的实际输出电压和输出电流。

本实施例的静电发电机可以驱动LED等电器工作。

实施例三：

本实施例中介绍本发明的静电发电机的制备方法，参见图5所示的流程图，静电发电机的制备方法包括：

步骤S1，提供弯曲的柔性基底；

步骤S2，将高分子薄膜贴合在所述基底的内表面；

步骤S3，在所述基底的外表面制备电极层；

步骤S4，用绝缘胶将所述高分子薄膜的边缘与金属薄膜的边缘粘贴，使所述高分子薄膜与金属薄膜之间形成拱形空腔。

柔性基底可以采用单层柔性材料，例如弯曲的硅胶，也可以采用双层复合基底。对于双层复合基底，提供弯曲的柔性基底，具体包括：

步骤S11，提供平面型有机物衬底；

步骤S12，采用高温沉积方法在所述有机物衬底的上表面制备金属氧化物薄膜层；

步骤S13，将制备有金属氧化物薄膜层的有机物衬底取出冷却至室温，形成弯曲的柔性基底。

为了提高静电发电机的输出效率，还可以在步骤S2之前包括步骤：在高分子薄膜的上表面制备微纳米结构。相应地，将高分子薄膜贴合在所述基底的内表面的步骤为：将高分子薄膜的下表面贴合在所述基底的内表面，使所述微纳米结构与所述基底分别位于所述高分子薄膜的上下表面。

为了提高静电发电机的输出效率，优选地，在步骤S3之前还包括步骤：在所述金属薄膜的上表面制备微纳米结构。相应地，用绝缘胶将所述高分子薄膜的边缘与所述金属薄膜的边缘粘贴，使所述高分子薄膜与金属薄膜之间形成拱形空腔，具体为：用绝缘胶将所述高分子薄膜的边缘和所述金属薄膜的边缘粘贴在一起，使所述高分子薄膜上表面与金属薄膜的上表面之间形成拱形空腔，所述金属薄膜表面的微纳米结构面向所述拱形空腔。

下面以一个具体的静电发电机为例，介绍制备过程：

首先，利用等离子增强化学气相沉积方法在平面的有机物聚酰亚胺（Kapton）衬底1上表面镀一层二氧化硅薄膜2；冷却至室温后形成弯曲的柔性基底，基底的内表面为有机物聚酰亚胺，外表面为二氧化硅薄膜。

接着，在高分子材料聚对二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜的上表面制备微纳米结构，将聚对二甲基硅氧烷薄膜的下表面贴合在基底的内表面，使所述微纳米结构与所述基底分别位于聚对二甲基硅氧烷薄膜的上下表面。

然后，在基底的外表面二氧化硅的表面上溅射一层金膜作为顶电极4；

最后，在铝箔6的上表面制备微纳米结构；用绝缘胶将聚对二甲基硅氧烷薄膜的边缘和铝箔的边缘粘贴在一起，使所述聚对二甲基硅氧烷薄膜与铝箔之间形成拱形空腔，铝箔表面的微纳米结构和聚对二甲基硅氧烷薄膜表面的微纳米结构都面向拱形空腔。铝箔的下表面可以作为底电极，用银浆将顶电极和底电极分别于引出导线5、7连接，完成本实施例的静电发电机的制备。

实施例四：

实施例一和实施例二中的静电发电机还可以包括全桥整流器，参见图6，所述全桥整流器P的两个输入端连接实施例一或二中的静电纳米发动机M(结构参见图1）的电极层4和所述金属薄膜5，两个输出端为静电发电机的输出端，通过全桥整流电路整理后的峰值电流信号可以驱动LED发光二极管L等电器工作。开关K用来控制LED的工作。

本实施例中的静电发电机可以作为直流脉冲电源用于为商用手机等便携设备的锂离子电池充电（见图7）。具体的，在充电之前，手机电池G基本耗尽，手机开启之后会立即自动关机；当用纳米发电机的全桥整流器P的输出端为手机电池充电之后，手机电池可以驱动手机正常工作，商用手机可以正常开启并拨出电话。开关K用来控制充电的开始和结束。

实施例五：

在本实施例中，提供一种自驱动传感系统，参见图8，包括：传感发射子系统S1和信号接收子系统S2，其中：

传感发射子系统S1和信号接收子系统S2都包括：静电发电机、全桥整流器和电池装置；其中

所述静电发电机与实施例一或实施例二中相同，包括：弯曲的柔性基底，所述基底的外表面制备有电极层；贴合在所述基底内表面的高分子薄膜层；与所述高分子薄膜层边缘粘贴的金属薄膜，所述金属薄膜与所述高分子薄膜之间形成拱形空腔；其中，所述高分子薄膜层和金属薄膜具有不同的得电子能力；

传感发射子系统S1中还包括信号探测和传输装置E，其中，静电发电机M1用于将机械能转变为电信号，全桥整流器P1用于将静电发电机M1产生的电信号转变为直流信号，并传输给电池装置G1储存电能；电池装置G1为信号探测和传输装置E提供电源；探测和传输装置E用于探测待测信息并将信息进行处理后向外发射；

信号接收子系统S2中还包括信号接收装置C，其中，静电发电机M2用于将机械能转变为电信号，全桥整流器P2用于将静电发电机M2产生的电信号转变为直流电信号，并传输给电池装置G2储存电能；电池装置G2为信号接收装置C提供电源；信号接收装置C用于接收所述信号探测和传输装置E发射的信号并将信号处理后以可读方式显示。

自驱动传感系统中电池装置可以为锂离子电池等储能装置。

传感发射子系统S1中的信号探测和传输装置E可以包括传感器、处理器和信号传输器，传感器接收待测信息后经过处理器处理后传输至信号传输器将信号发射出去。信号探测和传输装置中的传感器、处理器和信号传输器由电池装置G1驱动工作。传感发射子系统S1在探测信号和发射信号时都不需要外接电源，环境中存在的机械能驱动静电纳米发动机M1发电后储存在电池装置G1中的电能就可使传感发射子系统工作，是一种自驱动的系统。这样的传感发射子系统可以应用在测量室外环境中的温度、湿度和风速等环境参数，并通过无线数据传输方式将测量结果发送出去，特别是可以应用在环境条件恶劣的情况下。

信号接收子系统S2中的信号接收装置C可以包括信号接收器、处理器和显示器，信号接收器接收待传感发射子系统S1中的信号探测和传输装置E发射的信号后，经过处理器处理后传输至显示器显示。信号接收装置中的信号接收器、处理器和显示器由电池装置G2驱动工作。信号接收子系统在接收、处理和显示信号时都不需要外接电源，环境中存在的机械能驱动静电纳米发动机发电后储存在电池装置中的电能就可使信号接收子系统工作，是一种自驱动的系统。这样的信号接收子系统与传感发射子系统结合可以应用在测量室外环境中的温度、湿度和风速的参数，并通过无线数据传输方式进行测量结果的发送和接收，特别是可以应用在环境条件恶劣的情况下。也可以应用在道路、桥梁等的检测方面。

上述各实施例中的静电发电机中各部分采用的材料还可以有多种选择，不限于列出的材料，具有相似性质的材料都可以作为本发明中静电发电机的材料。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (12)

1.一种静电发电机，其特征在于，包括：

弯曲的柔性基底，所述基底的外表面制备有电极层；

贴合在所述基底内表面的高分子薄膜层；

与所述高分子薄膜层边缘粘贴的金属薄膜，所述金属薄膜与所述高分子薄膜之间形成拱形空腔；

其中，所述高分子薄膜层和金属薄膜具有不同的得电子能力。

2.根据权利要求1所述的静电发电机，其特征在于，所述基底包括：

弯曲的有机物衬底；

所述衬底外表面的弯曲动力层；

其中，所述弯曲动力层与有机物衬底具有不同的热膨胀系数。

3.根据权利要求1或2所述的静电发电机，其特征在于，所述高分子薄膜层和/或金属薄膜面向空腔的表面具有微纳结构。

4.根据权利要求1或2所述的静电发电机，其特征在于，还包括全桥整流电路，所述全桥整流电路的两个输入端分别连接所述电极层和所述金属薄膜，所述全桥整流电路的两个输出端为静电发电机的输出端。

5.根据权利要求1或2所述的静电发电机，其特征在于，所述高分子薄膜层为聚对二甲基硅氧烷薄膜；所述金属薄膜为铝箔。

6.根据权利要求2所述的静电发电机，其特征在于，所述有机物衬底为聚酰亚胺；所述弯曲动力层为二氧化硅薄膜。

7.根据权利要求3所述的静电发电机，其特征在于，所述高分子薄膜层和/或金属薄膜面向空腔的表面具有金字塔阵列或立方体阵列的微纳结构。

8.一种静电发电机的制备方法，其特征在于，包括步骤：

提供弯曲的柔性基底；

将高分子薄膜贴合在所述基底的内表面；

在所述基底的外表面制备电极层；

用绝缘胶将所述高分子薄膜的边缘与金属薄膜的边缘粘贴，使所述高分子薄膜与金属薄膜之间形成拱形空腔。

9.根据权利要求8所述静电发电机的制备方法，其特征在于，所述提供弯曲的柔性基底步骤为：

提供平面型有机物衬底；

采用高温沉积方法在所述有机物衬底的上表面制备金属氧化物薄膜层；

将制备有金属氧化物薄膜层的有机物衬底取出冷却至室温，形成弯曲的柔性基底。

10.根据权利要求8或9所述静电发电机的制备方法，其特征在于，

所述将高分子薄膜贴合在所述基底的内表面步骤前还包括：在高分子薄膜的上表面制备微纳米结构；

相应地，将高分子薄膜贴合在所述基底的内表面的步骤为：将高分子薄膜贴合在所述基底的内表面，使所述微纳米结构与所述基底分别位于所述高分子薄膜的上下表面。

11.根据权利要求8或9所述静电发电机的制备方法，其特征在于，

所述用绝缘胶将所述高分子薄膜的边缘与金属薄膜的边缘粘贴步骤前还包括步骤：在所述金属薄膜的上表面制备微纳米结构；

相应地，用绝缘胶将所述高分子薄膜的边缘与所述金属薄膜的边缘粘贴步骤具体为：用绝缘胶将所述高分子薄膜的边缘和所述金属薄膜的边缘粘贴在一起，使所述金属薄膜表面的微纳米结构面向所述高分子薄膜。

12.一种自驱动传感系统，其特征在于，包括：传感发射子系统和信号接收子系统，其中：

传感发射子系统和信号接收子系统都包括：静电发电机、全桥整流器和电池装置；其中

所述静电发电机包括：弯曲的柔性基底，所述基底的外表面制备有电极层；贴合在所述基底内表面的高分子薄膜层；与所述高分子薄膜层边缘粘贴的金属薄膜，所述金属薄膜与所述高分子薄膜之间形成拱形空腔；其中，所述高分子薄膜层和金属薄膜具有不同的得电子能力；

传感发射子系统中还包括信号探测和传输装置，其中，静电发电机用于将机械能转变为电信号，全桥整流器用于将静电发电机产生的电信号转变为直流信号，并传输给电池装置储存电能；电池装置为信号探测和传输装置提供电源；探测和传输装置用于探测待测信息并将信息进行处理后向外发射；

信号接收子系统中还包括信号接收装置，其中，静电发电机用于将机械能转变为电信号，全桥整流器用于将静电发电机产生的电信号转变为直流电信号，并传输给电池装置储存电能；电池装置为信号接收装置提供电源；信号接收装置用于接收所述信号探测和传输装置发射的信号并将信号处理后以可读方式显示。