CN103780140A - 一种共面式摩擦发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种共面式摩擦发电机，所述发电机包含衬底、正极性摩擦材料、正极性摩擦材料电极、负极性摩擦材料和负极性摩擦材料电极。本发明提出的共面式摩擦发电机在产生电能的过程中，其电极与摩擦材料均处于固定位置，易于封装与集成。本发明提出的共面式摩擦发电机输出电压高，且对外部接触材料无选择性。本发明提出的共面式摩擦发电机结构简单、成本低、有利于大规模生产。
Description
技术领域
本发明属于微能源领域，具体涉及一种共面式摩擦发电机。
背景技术
将环境中的机械能转化为电能加以利用是目前微能源领域的研究热点。目前的能量转换方式主要有电磁式、压电式、静电式三种。然而，电磁式和压电式能量转换方式需依赖于永磁体、压电材料等功能型材料，静电式能量转换方式需依赖于外加电源或驻极体。2012年，首个基于摩擦起电原理的纳米发电机制备成功[Wang，Z.L.et al.Nano energy,vol.1,pp.328,2012]。基于摩擦起电原理的发电机具有输出电压高、成本低、材料选择多样化、无需外加电源等优点，发展速度迅速且受到了广泛的关注。
目前，基于摩擦起电原理的发电机主要有三种类型：变间距式、变接触面积式、单表面式。其中变间距式与变接触面积式摩擦发电机需通过两层摩擦材料的相对运动产生电输出，不利于后续的封装与应用。单表面式摩擦发电机虽解决了摩擦材料相对运动的问题，但是其输出电量有限，且输出与外界材料有关，也限制了其进一步应用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种共面式摩擦发电机，包括如下技术方案：包含衬底、正极性摩擦材料、正极性摩擦材料电极、负极性摩擦材料、负极性摩擦材料电极。正极性摩擦材料电极与负极性摩擦材料电极位于衬底上方，处于同一平面；正极性摩擦材料位于正极性摩擦材料电极上方，负极性摩擦材料位于负极性摩擦材料电极上方，正极性摩擦材料与负极性摩擦材料处于同一平面。
所述衬底为绝缘材料，如氧化硅、玻璃、聚对二甲苯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯等。
所述正、负极性摩擦材料电极为导电性好的金属、合金或金属氧化物。
所述正极性摩擦材料为容易失去电子带正电荷的材料，如氧化硅、玻璃、纸、尼龙、金属铝、金属铜、金属金等。
所述负极性摩擦材料为容易得到电子带负电荷的材料，如聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯等。
有益效果
1、本发明提出的共面式摩擦发电机在产生电能的过程中，其电极与摩擦材料均处于固定位置，易于封装与集成。
2、本发明提出的共面式摩擦发电机输出电压高，且对外部接触材料无选择性。
3、本发明提出的共面式摩擦发电机结构简单、成本低、有利于大规模生产。
附图说明
图1为本发明的共面式摩擦发电机的侧视图；
图2为本发明的共面式摩擦发电机的俯视图；
图3-5为本发明的共面式摩擦发电机的工作原理图；
图6为本发明的共勉式摩擦发电机的输出电压曲线；
图7为本发明的共面式摩擦发电机阵列化俯视图。
其中，1为衬底；2为正极性摩擦材料；3为正极性摩擦材料电极；4为负极性摩擦材料；5为负极性摩擦材料电极；
具体实施方式
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例：如图1至2所示，包含衬底1、正极性摩擦材料2、正极性摩擦材料电极3、负极性摩擦材料4、负极性摩擦材料电极5。
衬底1为玻璃，正极性摩擦材料2为氧化硅，正极性摩擦材料电极3为金属铬和金属金，负极性摩擦材料4为聚对二甲苯，负极性摩擦材料电极5为金属铬和金属金。
如图3所示，当外部物体与共面式摩擦发电机接触时，正极性摩擦材料表面带有正电荷，负极性摩擦材料表面带有负电荷，外部物体表面带有与所接触摩擦材料极性相反的电荷。当外部物体产生竖直移动（图4）或水平移动（图5）时，由于电场的变化，在正极性摩擦材料电极与负极性摩擦材料电极之间会产生电荷流动。
如图6所示，图6为本发明的共面式摩擦发电机的输出电压曲线，其输出电压峰值约为80伏。
如图7所示，可将多个共面式摩擦发电机阵列化排列，并将所有正极性摩擦材料电极相连，所有负极性摩擦材料电极相连，以提高共面式摩擦发电机的输出性能和输出效果。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请型的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种共面式摩擦发电机，其特征在于：所述发电机包含衬底、正极性摩擦材料、正极性摩擦材料电极、负极性摩擦材料和负极性摩擦材料电极。
2.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于：所述正极性摩擦材料电极与负极性摩擦材料电极位于衬底上方，处于同一平面；正极性摩擦材料位于正极性摩擦材料电极上方，负极性摩擦材料位于负极性摩擦材料电极上方，正极性摩擦材料与负极性摩擦材料处于同一平面。
3.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于：所述衬底为绝缘材料，选自氧化硅、玻璃、聚对二甲苯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷或聚对苯二甲酸乙二醇酯。
4.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于：所述正、负极性摩擦材料电极为电阻率小于1mΩ·cm的金属、合金或金属氧化物。
5.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于：所述正极性摩擦材料为容易失去电子带正电荷的材料，选自氧化硅、玻璃、纸、尼龙、金属铝、金属铜或金属金。
6.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于：所述负极性摩擦材料为容易得到电子带负电荷的材料，选自聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚二甲基硅氧烷或聚对苯二甲酸乙二醇酯。
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