CN103840700A - 一种多层高功率近球形纳米摩擦发电机及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多层高功率近球形纳米摩擦发电机及其应用。所述近球形纳米摩擦发电机包括由内而外沿径向依次层叠设置的第一电极层，中间层，以及第二电极层；所述第一电极层与中间层或/和中间层与第二电极层通过摩擦产生感应电场，第一电极层和第二电极层为含有导电层的层结构，其中，中间层为含有高分子聚合物层的层结构，所述纳米摩擦发电机的电压和电流输出电极为所述第一电极层和第二电极层的导电层。本发明还提供了包括两个或两个以上串联或并联的所述纳米摩擦发电机得到的纳米摩擦发电机组。本发明还提供了包含所述纳米摩擦发电机以及发光二极管的儿童玩具。

Description

一种多层高功率近球形纳米摩擦发电机及其应用

技术领域

本发明涉及一种摩擦发电机，尤其是涉及一种多层构成的近球形纳米摩擦发电机。 

背景技术

随着现代生活水平不断提高，生活节奏不断加快，出现了应用方便、对环境依赖度低的自发电设备。现有的自发电设备通常利用材料的压电特性。例如2006年，美国佐治亚理工学院教授王中林等成功地在纳米尺度范围内将机械能转换成电能，研制出世界上最小的发电机-纳米发电机。纳米发电机的基本原理是：当纳米线（NWs）在外力下动态拉伸时，纳米线中生成压电电势，相应瞬变电流在两端流动以平衡费米能级。 

物体和物体之间相互进行摩擦，就会使一方带上负电，另一方带上正电，由于物体间摩擦产生的电叫摩擦电。摩擦电是自然界最常见的现象之一，但是因为很难收集利用而被忽略。如果能够将摩擦电应用到自发电设备中，势必会给人们的生活带来更多的便利。 

发明人之前针对多层高功率纳米摩擦发电机已经进行了相关的专利申请主要内容详见附图1、图2和图3，具体来说，技术方案的主要内容为：该摩擦电发电机包括依次层叠设置的第一电极，第一高分子聚合物绝缘层，居间电极层，第二高分子聚合物绝缘层和第二电极；第一高分子聚合物绝缘层和居间电极层相对面中的至少一个面上设置有微纳凹凸结构；第二高分子聚合物绝缘层和居间电极层相对面中的至少一个面上设置有微纳凹凸结构；所述第一电极和第二电极为摩擦发电机电压和电流负极输出电极；所述居间电极层为摩擦发电机电压和电流正极输出电极。本发明采用导电性（金属）薄膜与聚合物摩擦，由于金属容易失去电子，居间电极分别与第一高分子聚合物绝缘层、第二高分子聚合物绝缘层形成感应电场。 

上述方案为薄膜层状摩擦发电机，该薄膜层状摩擦发电机受形状局限，弹性效果不佳，不适用于玩具及娱乐器材领域。 

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术中摩擦发电机接触面积效果不佳的缺陷，具有多面接触球体能够在三维空间内进行摩擦发电，使摩擦层充分利用，提高摩擦发电球的输出特性，提供了一种多层高功率近球形的纳米摩擦发电机。 

具体来说，本发明是通过如下技术方案解决上述技术问题的。 

一种近球形纳米摩擦发电机，其特征在于，包括由内而外沿径向依次层叠设置的第一电极层，中间层，以及第二电极层；所述第一电极层与中间层或/和中间层与第二电极层通过摩擦产生感应电场，第一电极层和第二电极层为含有导电层的层结构，其中，中间层为含有高分子聚合物层的层结构，所述纳米摩擦发电机的电压和电流输出电极为所述第一电极层和第二电极层的导电层。 

其中，所述中间层为含有高分子聚合物层的层结构和导电层，所述纳米摩擦发电机的电压和电流输出电极为所述第一电极层、第二电极层和中间层中的任意两个导电层。 

其中，所述中间层为仅含有高分子聚合物层的层结构。 

其中，所述高分子聚合物层是由两层或者两层以上高分子聚合物组成，各层高分子聚合物之间的相对设置的两个面中的至少一个面上设置有微纳凹凸结构，或/和高分子聚合物层与第一电极层或第二电极层之间相对设置的两个面中的至少一个面上设置有微纳凹凸结构。 

其中，所述中间层为两层或两层以上的高分子聚合物层的层结构时，所述高分子聚合物层所用的材料可以相同也可以不同，优选所用的高分子聚合物层所用的材料不同。 

其中，所述中间层由内而外包括沿径向依次层叠设置的第一高分子聚合物层，导电层和第二高分子聚合物层。 

其中，所述中间层的导电层为2层以上，且相邻两个导电层之间含有高 分子绝缘层。 

其中，所述中间层由内而外包括沿径向依次层叠设置的第一高分子聚合物层，第一导电层和第二高分子聚合物层、第二导电层和第三高分子聚合物层。 

其中，所述高分子聚合物层与导电层之间相对设置的两个面中的至少一个面上设置有微纳凹凸结构，或/和高分子聚合物层与第一电极层或第二电极层之间相对设置的两个面中的至少一个面上设置有微纳凹凸结构。 

其中，所述近球形是空心的或者实心，第一电极层设置在空心或实心近球体上。 

其中，所述近球形为球形，椭球形，卵球形、扁球形或橄榄形。 

所述第一电极层或第二电极层或导电层所用材料是铟锡氧化物、银纳米线膜、金属或合金，其中金属优选为金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨或钒中的一种或几种，合金优选为铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金中的一种或几种；所述第二电极所用材料是金属或合金，其中金属优选为金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨或钒中的一种或几种，合金优选为铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金中的一种或几种；优选第一电极层、第二电极层分别独立的选自铟锡氧化物（ITO）或银纳米线膜中的一种或几种。 

其中，所述高分子聚合物层所用材料选自聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤维素薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纤维（再生）海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纤维薄膜、聚甲基丙烯酸甲酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚异丁烯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、甲醛苯酚缩聚物薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯共聚物薄 膜中的任意一种；优选高分子聚合物层所用材料分别独立地选自聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)或液晶高分子聚合物（LCP）中的一种或几种。 

其中，所述高分子聚合物层表面上设置微纳凹凸结构为纳米级至微米级的凹凸结构，优选凸起高度50nm-300nm的纳米凹凸结构。 

所述的近球形纳米摩擦发电机在儿童玩具中的应用。 

一种纳米摩擦发电机组，包括两个或两个以上串联或并联的所述的纳米摩擦发电机。 

一种儿童玩具，包含所述的纳米摩擦发电机以及发光二极管。 

本发明的有益效果： 

本发明将层状纳米摩擦发电机设计为球状，其能够在三维空间内进行摩擦发电，使摩擦层充分利用，提高摩擦发电球的输出特性，本发明的层状纳米摩擦发电机较二维平面层状摩擦发电机输出性能稳定，输出功率高，这样的制作可以扩大它的应用领域。 

本发明采用金属与聚合物，或者金属与高分子聚合物，高分子聚合物之间通过摩擦形成感应电场，由于使用上述层状结构最后制成了球状形状，可以用于玩具或娱乐器材领域。 

附图说明

图1为现有技术中纳米摩擦发电机剖面示意图； 

图中编号为：11-第一电极层，12-第一高分子聚合物层，13-第一高分子聚合物层，14-第二电极层，15-中间层，151-第一导电层，152-第三高分子聚合物层，153-第二导电层。 

图2为图1纳米摩擦发电机的结构示意图。 

图3为图1中带微纳凹凸结构的聚合物薄膜示意图； 

其中6-微纳凹凸结构。。 

图4为本发明制备得到的发光球外观图。 

图5为本发明近球形纳米摩擦发电机一种具体实施方式的径向剖面示意 图； 

图中编号为：51-第一电极层，52-高分子聚合物层，53-第二电极层。 

图6为本发明近球形纳米摩擦发电机一种具体实施方式的径向剖面示意图； 

图中编号为：61-第一电极层，62-高分子聚合物层，63-第二电极层。 

图7为本发明近球形纳米摩擦发电机一种具体实施方式的径向剖面示意图； 

图中编号为：71-第一电极层，72-第一高分子聚合物层，73-第二电极层，74-第二高分子聚合层。 

图8为本发明近球形纳米摩擦发电机一种具体实施方式的径向剖面示意图； 

图中编号为：81-第一电极层，82-第一高分子聚合物层，83-第二电极层，84-第二高分子聚合层。 

图9为本发明近球形纳米摩擦发电机一种具体实施方式的径向剖面示意图； 

图中编号为：91-第一电极层，92-第二电极层，93-第一高分子聚合物层，94-第二高分子聚合层，95-导电层（居间电极），96-第一电极，97-第二电极。 

图10为本发明近球形纳米摩擦发电机一种具体实施方式的径向剖面示意图； 

图中编号为：101--第一电极层，102-第二电极层，103-第一高分子聚合物层，104-第二高分子聚合层，105-导电层（居间电极），106-第一电极，107-第二电极。 

图11为本发明近球形纳米摩擦发电机一种具体实施方式的径向剖面示意图； 

111-第一电极层，112-第二电极层，113-第一高分子聚合物层，114-第二高分子聚合层，115-第一导电层，116-第二导电层，117-第三高分子聚合层，118-第一电极，119-第二电极，1110-居间电极。 

图12为本发明近球形纳米摩擦发电机一种具体实施方式的径向剖面示意 图； 

121--第一电极层，122-第二电极层，123-第一高分子聚合物层，124-第二高分子聚合层，125-第一导电层，126-第二导电层，127-第三高分子聚合层，128-第一电极，129-第二电极，1210-居间电极。 

具体实施方式

本发明是一种多层的高功率近球形纳米摩擦发电机，其中采用摩擦发电原理将电极层与高分子聚合物层和/或金属层摩擦形成感应电场。由于使用了球形形状从而使制备的摩擦发电机具有很好的弹性并且适用于儿童玩具的应用。 

本发明所述近球形包括极半径与赤道半径相等而形成的球面所围成的空间的球形，还包括极半径与赤道半径不等的情况所形成的类球面而构成的空间即为近球形，如椭球形，卵球形、扁球形或橄榄形. 

本发明具有多种的实施方式，下面举例说明本发明的几种优选实施方式。 

在一种优选的实施方式中，如图5-图8所示，本发明的近球形纳米摩擦发电机，包括由内而外沿径向依次层叠设置的第一电极层，高分子聚合物层，以及第二电极层；其中所述第一电极层和第二电极层为近球形纳米摩擦发电机电压和电流输出电极。所述的聚合物层可以是一层，也可以是两层或两层以上具有微纳凹凸结构的高分子聚合物层。所述的近球形纳米摩擦发电机可以是实心的，也可以是空心的。 

在另一种优选的实施方式中，如图9-图12所示，包括由内而外沿径向依次层叠设置的第一电极，居间电极，以及第二电极；第一电极包括由内而外沿径向依次层叠设置的第一电极层和第一高分子聚合物层，第二电极包括由内而外沿径向依次层叠设置的第二高分子聚合物层和第二电极层；所述居间电极与第一电极层，或者居间电极与第二电极层为近球形纳米摩擦发电机电压和电流输出电极。更优选地，所述的居间电极包括位于中间的高分子聚合物层和在高分子聚合物层两侧设置的两层导电层。 

图5中，该发电球是空心球，包括三层，第一电极层51，设置于第一电极上的高分子聚合物层52，设置于其上的第二电极层53。高分子聚合物层52 的两个表面分别与第一电极层和第二电极层相对设置，分别形成的两个面中至少一个面上设置有微纳凹凸结构（图未示），进行摩擦产生感应电场。第一电极层和第二电极层为摩擦发电球的电压和电流的输出电极。 

图6中，该发电球是实心球，包括三层，第一电极层61，设置于第一电极上的高分子聚合物层62，设置于其上的第二电极层63。高分子聚合物层62的两个表面分别与第一电极层62和第二电极层63相对设置，分别形成的两个面中至少一个面上设置有微纳凹凸结构（图未示），进行摩擦产生感应电场，第一电极层61和第二电极层62为摩擦发电球的电压和电流的输出电极。 

图7中，该发电球是空心球，包括四层，用于形成空心球的第一电极层71，依次和第一电极层71叠加的第一高分子聚合物层72，第二高分子聚合层74，第二电极层73。第一高分子聚合物层与第二高分子聚合物层相对的两个表面中至少一个面上设置有微纳凹凸结构（图未示），进行摩擦产生感应电场，第一电极层71和第二电极层72为摩擦发电球的电压和电流的输出电极。 

图8中，该发电球是实心球，包括四层，用于形成实心球的第一电极层81，依次和第一电极层81叠加的第一高分子聚合物层82，第二高分子聚合层84，第二电极层83。第一高分子聚合物层81与第二高分子聚合物层82相对的两个表面中至少一个面上设置有微纳凹凸结构（图未示），进行摩擦产生感应电场，第一电极层81和第二电极层83为摩擦发电球的电压和电流的输出电极。 

图9中，该发电球是空心发电球，包括5层，由内而外沿径向依次设置第一电极层91，第一高分子聚合物层93，导电层95，第二高分子聚合层94和第二电极层92，其中第一电极层91和第一高分子聚合物层93形成了第一电极96，第二高分子聚合层94和第二电极层92形成了第二电极97，导电层95作为居间电极。所述作为居间电极的导电层95可以是在镀在第一电极91上的第一高分子聚合物层93上。 

所述第一电极96上第一高分子聚合物层93或/或第二电极97上的第二高分子聚合物层94外侧表面上设置有微纳凸起结构；所述导电层95的两侧表面也设置有微纳凸起结构。所述第一高分子聚合物层93和与其相对的导电层95的表面摩擦发电，所述第二高分子聚合物层94和与其相对的导电层95的 表面摩擦发电；而当第一电极的聚合物层外侧表面、与其相对的居间电极的外侧表面两者其一上设置微纳凸起结构，就可以实现摩擦发电的目的；同理，第二电极的聚合物层外侧表面、与其相对的居间电极的外侧表面两者其一上也设置微纳凸起结构，产生感应电场。其中作为居间电极的导电层95和所述第一电极层91为摩擦发电球的电压和电流的输出电极、或者作为居间电极的导电层95和第二电极层92为摩擦发电球的电压和电流的输出电极。 

图10中，该发电球是实心发电球，包括5层，由内而外沿径向依次设置第一电极层101，第一高分子聚合物层103，导电层105，第二高分子聚合层104和第二电极层102，其中第一电极层101和第一高分子聚合物层103形成了第一电极106，第二高分子聚合层104和第二电极层102形成了第二电极107，导电层105作为居间电极。所述作为居间电极的导电层105可以是在镀在第一电极101上的第一高分子聚合物层103上。 

该发电球产生感应电场原理与图9中相同。其中作为居间电极的导电层105和所述第一电极层101为摩擦发电球的电压和电流的输出电极、或者作为居间电极的导电层105和第二电极层102为摩擦发电球的电压和电流的输出电极。 

图11中，该发电球是实心发电球，包括7层，包括由内而外沿径向依次设置的第一电极层111、第一高分子聚合物层113，第一导电层115，第三高分子聚合层117，第二导电层116，第二高分子聚合物层114和第二电极层112。其中第一电极层111和第一高分子聚合物层113形成了第一电极118，第二高分子聚合层114和第二电极层112形成了第二电极119，由内而外沿径向依次设置的第一导电层115，第三高分子聚合层117和第二导电层116作为居间电极1110。所述作为居间电极1110的第一导电层115和第二导电层116可以分别镀在第一高分子聚合物层113和第二高分子聚合物层114上。 

其中居间电极1110的第一导电层115与第一高分子聚合层113相对的两个表面中至少一个面上设置有微纳凹凸结构（图未示），居间电极1110的第二导电层116与第二高分子聚合层114相对的两个表面中至少一个面上设置有微纳凹凸结构（图未示），第一导电层115与第三高分子聚合物层相对的两个表面中至少一个面上设置有微纳凹凸结构（图未示），或/和第二导电层 116与第三高分子聚合层相对的两个表面中至少一个面上设置有微纳凹凸结构（图未示），从而产生感应电场，第一电极层111和第二电极层112是该摩擦发电球的电压和电流的输出电极。 

图12中，该发电球是空心发电球，包括7层，包括由内而外沿径向依次设置的第一电极层121、第一高分子聚合物层123，第一导电层125，第三高分子聚合层127，第二导电层126，第二高分子聚合物层124和第二电极层122。其中第一电极层121和第一高分子聚合物层123形成了第一电极128，第二高分子聚合层124和第二电极层122形成了第二电极129，由内而外沿径向依次设置的第一导电层125，第三高分子聚合层127和第二导电层126作为居间电极1210。所述作为居间电极1210的第一导电层125和第二导电层126可以分别镀在第一高分子聚合物层123和第二高分子聚合物层124上。 

其中居间电极1210的第一导电层125与第一高分子聚合层123相对的两个表面中至少一个面上设置有微纳凹凸结构（图未示），居间电极1210的第二导电层126与第二高分子聚合层124相对的两个表面中至少一个面上设置有微纳凹凸结构（图未示），第一导电层125与第三高分子聚合物层相对的两个表面中至少一个面上设置有微纳凹凸结构（图未示），或/和第二导电层126与第三高分子聚合层相对的两个表面中至少一个面上设置有微纳凹凸结构（图未示），从而产生感应电场，第一电极层121和第二电极层122是该摩擦发电球的电压和电流的输出电极。 

当高分子聚合物层为2层以上并且中间隔着导电层时，为了生产方便，一般各高分子聚合层的材料是相同，但是选择介电常数不同的各层聚合层的材料，以便于输出较大的电流。 

在上述各种实施方式中，对各电极层所用材料没有特殊规定，能够形成导电层的材料都在本发明的保护范围之内，例如是铟锡氧化物、银纳米线膜，以及金属或合金，其中金属是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨或钒；合金是铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金。 

电极层的厚度优选为100μm-500μm，更优选为200μm。所述电极层的微 纳凹凸结构为纳米级至微米级的凹凸结构，优选凸起高度300nm-1μm的凹凸结构。 

优选地，居间电极可以选择导电薄膜、导电高分子、金属材料，金属材料包括纯金属和合金，纯金属选自金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨、钒等，合金可以选自轻合金（铝合金、钛合金、镁合金、铍合金等）、重有色合金（铜合金、锌合金、锰合金、镍合金等）、低熔点合金（铅、锡、镉、铋、铟、镓及其合金）、难熔合金（钨合金、钼合金、铌合金、钽合金等）。 

优选地，各种高分子聚合物层选自聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤维素薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纤维（再生）海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纤维薄膜、甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚异丁烯薄膜、聚氨酯柔性海绵薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜中的任意一种。 

高分子聚合物绝缘层的厚度优选是100μm-500μm。所述高分子聚合物上的微纳凹凸结构（图未示）为纳米级至微米级的凹凸结构，优选凸起高度50-300nm的凹凸结构。 

优选地，当在高分子聚合物绝缘层在一个表面上设置微纳凹凸结构，采用射频溅镀等常规方法，在高分子聚合物绝缘层未设置微纳凹凸结构的面上设置电极。 

优选地，电极层分别独立的选自铟锡氧化物（ITO）和银纳米线膜中的任意一种，高分子聚合物层选自如下高聚物中的任意一种：聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)和液晶高分子聚合物（LCP）。 

微纳凹凸结构可以采用多种方法进行制备，例如用有特定规则凸起结构的硅模板压制，用砂纸打磨金属表面以及其他方法。 

S1制作硅模板。将硅片用光刻的方法在表面做出规则的图形。做好图形的硅片用湿刻的工艺各向异性刻蚀，可以刻出凹形的四棱锥阵列结构，或者也可以用干刻的工艺各向同性刻蚀可以刻出凹形的立方体阵列结构。刻好之后的模板用丙酮和异丙醇清洗干净，然后所有的模板都在三甲基氯硅烷的气氛中进行表面硅烷化的处理，处理好的硅模板待用。 

S2制作具有微纳凹凸结构表面的高分子聚合物膜。首先将聚合物浆料涂覆于硅模板表面，真空脱气，用旋转涂覆的方式将硅片表面多余的混合物去掉，形成一层薄薄的聚合物液体膜。将整个模板固化，然后剥离，得到均匀的具有特定微结构阵列的聚合物膜。 

下面详细介绍上述的近球形摩擦发电机的发电原理。 

当本发明的摩擦发电机的收到压力发生弯曲时，由于存在的微纳凹凸结构，摩擦发电机中的第一电极层与高分子聚合物层（包括高分子聚合物层，或第一高分子聚合物层和/或第二高分子聚合物层）表面相互摩擦产生静电荷，静电荷的产生会使电极和摩擦电极之间的电容发生改变，从而导致电极和摩擦电极之间出现电势差。由于第一电极和第二电极之间电势差的存在，自由电子将通过外电路由电势低的一侧流向电势高的一侧，从而在外电路中形成电流。当本发明的摩擦发电机的各层恢复到原来状态时，这时形成在第一电极和第二电极之间的内电势消失，此时已平衡的电极和摩擦电极之间将再次产生反向的电势差，则自由电子通过外电路形成反向电流。通过反复摩擦和恢复，就可以在外电路中形成周期性的交流电信号。 

下面通过具体的实施例来阐述本发明的方法的实施，本领域技术人员应当理解的是，这不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。 

实施例1 

如图5所示，本实施例纳米摩擦发电机是不透明的空心球，该发电球的球半径为2cm。该摩擦发电机包括三层，第一电极层51，设置于第一电极上的高分子聚合物层52，设置于高分子聚合物层上的第二电极层53。制备方法如下： 

（1）空心球球芯的制备：空心球球芯采用的是常规的模板法制备的，具体来说，利用可牺牲性硅球作为模板，通过分散聚合法使苯乙烯与KH570单体共聚，将SiOH基团通过化学键引入到PSt乳胶粒的表面，然后滴加硅酸丁酯（TEOS）的乙醇溶液，使TEOS与上一步中得到的共聚物发生缩聚反应，从而得到Si包覆的核-壳粒子；最后在空气中800℃煅烧便得到Si的空心球。具体操作步骤参见Ding X F等的Material Letter（材料通讯）2004年第58期，第3618-3621页得到的空心球的形状为球形，半径为2cm。 

（2）通过磁控溅射方式将金镀在空心球表面形成第一电极层51，将上述的空心球体放入聚酰亚胺溶液中，使高分子聚合物均匀涂在空心球表面后将空心球提出液体表面后，进行烘干，烘干后，用砂纸在聚酰亚胺层的表面进行打磨形成维纳凹凸结构形成高分子聚合物层52，后将多个聚酰亚胺弹性间隔物分散贴于球体表面，将厚度100μm金箔的一个表面采用细砂纸打磨的方法设置不规则的凸起高度在350nm范围内的微纳凹凸结构，将金箔上具有微纳凹凸结构的表面贴在该聚酰亚胺弹性间隔物上形成第二电极层53。 

第二电极层53上带有微纳凹凸结构的面朝向高分子聚合物绝缘层52的具有微纳凹凸结构的表面进行摩擦，产生感应电场，将LED的正负极分别连接在第一电极层51和第二电极层53；在表面用透明胶布粘在一起，最后得到空心球状摩擦发电机1#。 

摩擦发电机1#在I-V（电流-电压）的测量中表现出典型的开路特征。使用周期振荡（0.33Hz和0.13％的形变）的步进电机使摩擦发电机1#发生周期的弯曲和释放，摩擦发电机1#的最大输出电压和电流信号分别达到了16V和8μA，上述电流和电压可以使LED发光。 

实施例2 

如图6所示，本实施例纳米摩擦发电机是不透明的实心球，该发电球的球半径为2cm。该摩擦发电机包括三层，第一电极层61，设置于第一电极上的高分子聚合物层62，设置于高分子聚合物层上的第二电极层63，内层球芯的材料是橡胶。制备方法如下： 

（1）通过常规注塑方式得到半径为2cm的橡胶实心球。 

（2）通过磁控溅射方式将金镀在橡胶实心球表面形成第一电极层61，将上述的实心球体放入聚酰亚胺溶液中，使高分子聚合物均匀涂在球表面后将该球提出液体表面后，进行烘干，烘干后，用砂纸在聚酰亚胺层的表面进行打磨形成维纳凹凸结构形成高分子聚合物层62，后将多个聚酰亚胺弹性间隔物分散贴于球体表面，将厚度100μm金箔的一个表面采用细砂纸打磨的方法设置不规则的凸起高度在350nm范围内的微纳凹凸结构，将金箔上具有微纳凹凸结构的表面贴在该聚酰亚胺弹性间隔物上形成第二电极层63。 

第二电极层63上带有微纳凹凸结构的面朝向高分子聚合物绝缘层62的具有微纳凹凸结构的表面进行摩擦，产生感应电场，将LED的正负极分别连接在第一电极层61和第二电极层63；在表面用透明胶布粘在一起，最后得到空心球状摩擦发电机2#。 

摩擦发电机2#在I-V（电流-电压）的测量中表现出典型的开路特征。使用周期振荡（0.33Hz和0.13％的形变）的步进电机使摩擦发电机2#发生周期的弯曲和释放，摩擦发电机2#的最大输出电压和电流信号分别达到了18V和10μA，上述电流和电压可以使LED发光。 

实施例3 

如图7所示，本实施例纳米摩擦发电机是透明的空心球，该发电球的球半径为5cm。该摩擦发电机包括四层，第一电极层71，设置于第一电极上的第一高分子聚合物层72，第二高分子聚合层74，设置于第二高分子聚合物层74上的第二电极层73。制备方法如下： 

（1）空心球球芯的制备：空心球球芯采用的是常规的模板法制备的，具体来说，利用可牺牲性硅球作为模板，通过分散聚合法使苯乙烯与KH570单体共聚，将SiOH基团通过化学键引入到PSt乳胶粒的表面，然后滴加硅酸丁酯（TEOS）的乙醇溶液，使TEOS与上一步中得到的共聚物发生缩聚反应，从而得到Si包覆的核-壳粒子；最后在空气中800℃煅烧便得到Si的空心球。具体操作步骤参见Ding X F等的Material Letter（材料通讯）2004年第58期，第3618-3621页得到的空心球的形状为球形，半径为5cm。 

（2）通过磁控溅射方式将铜镀在空心球表面形成第一电极层71，将上述 的空心球体放入聚对苯二甲酸乙二醇酯溶液中，使对聚苯二甲酸乙二醇酯均匀涂在空心球表面后将空心球提出液体表面后，进行烘干，烘干后，用砂纸在聚对苯二甲酸乙二醇酯层的表面进行打磨形成凸起高度为200nm的维纳凹凸结构形成厚度为200μm的第一高分子聚合物层72，后将多个聚对苯二甲酸乙二醇酯弹性间隔物分散贴于球体表面；在聚甲基丙烯酸甲酯薄膜的一个表面上通过硅模板制成凸起高度为150nm的微纳凹凸结构，将该聚甲基丙烯酸甲酯薄膜贴在弹性间隔物上形成厚度为200μm的第二聚合物层74；后将厚度100μm铜箔贴在该第二高分子聚合物层74上形成第二电极层73。 

第一高分子聚合物层72的微纳凹凸结构和第二高分子聚合层74的微纳凹凸结构的表面进行摩擦，产生感应电场，将LED的正负极分别连接在第一电极层71和第二电极层73；在表面用透明胶布粘在一起，最后得到空心球状摩擦发电机3#。 

摩擦发电机3#在I-V（电流-电压）的测量中表现出典型的开路特征。使用周期振荡（0.33Hz和0.13％的形变）的步进电机使摩擦发电机3#发生周期的弯曲和释放，摩擦发电机3#的最大输出电压和电流信号分别达到了16V和8μA，上述电流和电压可以使LED发光。 

实施例4 

如图8所示，本实施例纳米摩擦发电机是透明的实心球，该发电球的球半径为5cm。该摩擦发电机包括四层，第一电极层81，设置于第一电极上的第一高分子聚合物层82，第二高分子聚合层84，设置于第二高分子聚合物层84上的第二电极层83。制备方法如下： 

（1）通过常规注塑方式得到半径为5cm的橡胶实心球。 

（2）通过磁控溅射方式将铜镀在实心球表面形成第一电极层81，将上述的实心球体放入聚对苯二甲酸乙二醇酯溶液中，使聚对苯二甲酸乙二醇酯均匀涂在实心球表面后将实心球提出液体表面后，进行烘干，烘干后，用砂纸在聚对苯二甲酸乙二醇酯层的表面进行打磨形成凸起高度为200nm的维纳凹凸结构形成厚度为200μm第一高分子聚合物层82，后将多个聚对苯二甲酸乙二醇酯弹性间隔物分散贴于球体表面；在聚甲基丙烯酸甲酯薄膜的一个表面 上通过硅模板制成凸起高度为150nm的微纳凹凸结构，将聚甲基丙烯酸甲酯薄膜贴在弹性间隔物上形成凸起厚度为200μm的第二聚合物层84；后将厚度100μm铜箔贴在该第二高分子聚合物层84上形成第二电极层83。 

第一高分子聚合物层82的微纳凹凸结构和第二高分子聚合层84的微纳凹凸结构的表面进行摩擦，产生感应电场，将LED的正负极分别连接在第一电极层81和第二电极层83；在表面用透明胶布粘在一起，最后得到实心球状摩擦发电机4#。 

摩擦发电机4#在I-V（电流-电压）的测量中表现出典型的开路特征。使用周期振荡（0.33Hz和0.13％的形变）的步进电机使摩擦发电机4#发生周期的弯曲和释放，摩擦发电机4#的最大输出电压和电流信号分别达到了16V和8μA，上述电流和电压可以使LED发光。 

实施例5 

如图9所示，本实施例纳米摩擦发电机是透明的空心球，该发电球的球半径为7cm。该摩擦发电机包括五层，第一电极层91，在第一电极层91上依次设置第一高分子聚合物层93，导电层95，第二高分子聚合层94，设置于第二高分子聚合物层94上的第二电极层92。其中导电层95作为居间电极。制备方法如下： 

（1）空心球球芯的制备：空心球球芯采用的是常规的模板法制备的，具体来说，利用可牺牲性硅球作为模板，通过分散聚合法使苯乙烯与KH570单体共聚，将SiOH基团通过化学键引入到PSt乳胶粒的表面，然后滴加硅酸丁酯（TEOS）的乙醇溶液，使TEOS与上一步中得到的共聚物发生缩聚反应，从而得到Si包覆的核-壳粒子；最后在空气中800℃煅烧便得到Si的空心球。具体操作步骤参见Ding X F等的Material Letter（材料通讯）2004年第58期，第3618-3621页得到的空心球的形状为球形，半径为7cm。 

（2）通过磁控溅射方式将铝镀在空心球表面形成第一电极层91，将上述的空心球体放入PDMS溶液中，使PDMS均匀涂在空心球表面后将空心球提出液体表面后，进行烘干，烘干后，用砂纸在PDMS层的表面进行打磨形成凸起高度为200nm的维纳凹凸结构形成厚度为500μm第一高分子聚合物层 93，后将多个PDMS弹性间隔物分散贴于球体表面；后将厚度500μm铝箔的一个表面采用细砂纸打磨的方法设置不规则的凸起高度在500nm范围内的微纳凹凸结构，将铝箔上具有微纳凹凸结构的表面贴在该PDMS弹性间隔物上形成导电层95作为居间电极，将多个PDMS弹性间隔物分散贴于球体表面的导电层95上；在PDMS薄膜的一个表面上通过硅模板制成凸起高度为200nm的微纳凹凸结构，将该厚度为500μm的PDMS薄膜贴在弹性间隔物上形成第二聚合物层94；后将厚度500μm铝箔贴在该第二高分子聚合物层94上形成第二电极层92。 

第一高分子聚合物层93的微纳凹凸结构和导电层95的微纳凹凸结构的表面进行摩擦，产生感应电场，第二高分子聚合物层94的微纳凹凸结构和导电层95的微纳凹凸结构的表面进行摩擦，产生感应电场，将第一电极层91和第二电极层92相连在一起形成一个新的输出电极，将LED的正负极分别连接在该输出电极和导电层95；在表面用透明胶布粘在一起，最后得到空心球状摩擦发电机5#。 

摩擦发电机5#在I-V（电流-电压）的测量中表现出典型的开路特征。使用周期振荡（0.33Hz和0.13％的形变）的步进电机使摩擦发电机5#发生周期的弯曲和释放，摩擦发电机5#的最大输出电压和电流信号分别达到了18V和9μA，上述电流和电压可以使LED发光。 

实施例6 

如图10所示，本实施例纳米摩擦发电机是透明的实心球，该发电球的球半径为7cm。该摩擦发电机包括五层，第一电极层101，在第一电极层101上依次设置第一高分子聚合物层103，导电层105，第二高分子聚合层104，设置于第二高分子聚合物层104上的第二电极层102。其中导电层105作为居间电极。制备方法如下： 

（1）通过常规注塑方式得到半径为7cm的橡胶实心球。 

（2）通过磁控溅射方式将铝镀在空心球表面形成第一电极层101，将上述的空心球体放入PDMS溶液中，使PDMS均匀涂在空心球表面后将空心球提出液体表面后，进行烘干，烘干后，用砂纸在PDMS层的表面进行打磨形 成凸起高度为200nm的维纳凹凸结构形成厚度为500μm的第一高分子聚合物层103，后将多个PDMS弹性间隔物分散贴于球体表面；后将厚度500μm铝箔的一个表面采用细砂纸打磨的方法设置不规则的凸起高度在500nm范围内的微纳凹凸结构，将铝箔上具有微纳凹凸结构的表面贴在该PDMS弹性间隔物上形成导电层105作为居间电极，将多个PDMS弹性间隔物分散贴于球体表面的导电层105上；在PDMS薄膜的一个表面上通过硅模板制成凸起高度为200nm的微纳凹凸结构，将该厚度为500μm的PDMS薄膜贴在弹性间隔物上形成第二聚合物层104；后将厚度500μm铝箔贴在该第二高分子聚合物层104上形成第二电极层102。 

第一高分子聚合物层103的微纳凹凸结构和导电层105的微纳凹凸结构的表面进行摩擦，产生感应电场，第二高分子聚合物层104的微纳凹凸结构和导电层105的微纳凹凸结构的表面进行摩擦，产生感应电场，将第一电极层101和第二电极层102相连在一起形成一个新的输出电极，将LED1的正负极分别连接在该输出电极和导电层105上；在表面用透明胶布粘在一起，最后得到空心球状摩擦发电机6#。 

摩擦发电机6#在I-V（电流-电压）的测量中表现出典型的开路特征。使用周期振荡（0.33Hz和0.13％的形变）的步进电机使摩擦发电机6#发生周期的弯曲和释放，摩擦发电机6#的最大输出电压和电流信号分别达到了18V和10μA，上述电流和电压可以使LED发光。 

实施例7 

如图11所示，本实施例纳米摩擦发电机是透明的实心球，该发电球的球半径为10cm。该摩擦发电机包括七层，包括第一电极层111，和由内而外沿径向依次设置的第一高分子聚合物层113，第一导电层115，第三高分子聚合层117，第二导电层116，第二高分子聚合物层114和第二电极层112。其中第一电极层111和第一高分子聚合物层113形成了第一电极118，第二高分子聚合层114和第二电极层112形成了第二电极119，其中电极层和导电层所用材料为铟锡氧化物，高分子聚合物层所用材料为聚苯乙烯(PS)。制备方法如下： 

（1）空心球球芯的制备：空心球球芯采用的是常规的模板法制备的，具体来说，利用可牺牲性硅球作为模板，通过分散聚合法使苯乙烯与KH570单 体共聚，将SiOH基团通过化学键引入到PSt乳胶粒的表面，然后滴加硅酸丁酯（TEOS）的乙醇溶液，使TEOS与上一步中得到的共聚物发生缩聚反应，从而得到Si包覆的核-壳粒子；最后在空气中800℃煅烧便得到Si的空心球。具体操作步骤参见Ding X F等的Material Letter（材料通讯）2004年第58期，第3618-3621页得到的空心球的形状为球形，半径为10cm。 

（2）通过磁控溅射方式将铟锡氧化物镀在空心球表面形成第一电极层111，将上述的空心球体放入PS溶液中，使PS均匀涂在空心球表面后将空心球提出液体表面后，进行烘干，烘干后，用砂纸在PS层的表面进行打磨形成凸起高度为300nm的维纳凹凸结构形成厚度为500μm第一高分子聚合物层113，后将多个PS弹性间隔物分散贴于球体表面；后将厚度500μm铟锡氧化物箔的一个表面采用细砂纸打磨的方法设置不规则的凸起高度为1μm的微纳凹凸结构，将铟锡氧化物箔上具有微纳凹凸结构的表面贴在该PS弹性间隔物上形成厚度为500μm的第一导电层115，将多个PS弹性间隔物分散贴于球体表面的第一导电层115上；在PS薄膜的一个表面上通过硅模板制成凸起高度为300nm的微纳凹凸结构，将该PS薄膜贴在弹性间隔物上形成厚度为500μm的第三聚合物层117，将多个PS弹性间隔物分散贴于球体表面的第三聚合物层117上；后将厚度500μm铟锡氧化物箔贴在该第三高分子聚合物层117上形成厚度为500μm的第二导电层116，将多个PS弹性间隔物分散贴于球体表面的第二导电层116上；在PS薄膜的一个表面上通过硅模板制成凸起高度为300nm的微纳凹凸结构，将该PS薄膜贴在弹性间隔物上形成厚度为500μm的第二聚合物层114，后将厚度500μm铟锡氧化物箔贴在该第二高分子聚合物层114上形成第二导电层112。 

第一高分子聚合物层113的微纳凹凸结构和第一导电层115的微纳凹凸结构的表面进行摩擦，产生感应电场，第二高分子聚合物层114的微纳凹凸结构和第二导电层116的微纳凹凸结构的表面进行摩擦，产生感应电场；将第一电极层111和第二电极层112相连在一起形成第一输出电极，将第一导电层115与第二导电层116相连在一起形成第二输出电极；将LED的正负极分别连接在上述的第一输出电极和第二输出电极；在表面用透明胶布粘在一起，最后得到空心球状摩擦发电机7#。 

摩擦发电机7#在I-V（电流-电压）的测量中表现出典型的开路特征。使用周期振荡（0.33Hz和0.13％的形变）的步进电机使摩擦发电机7#发生周期的弯曲和释放，摩擦发电机7#的最大输出电压和电流信号分别达到了20V和10μA，上述电流和电压可以使LED发光。 

实施例8 

如图12所示，本实施例纳米摩擦发电机是透明的空心球，该发电球的球半径为10cm。该摩擦发电机包括七层，包括第一电极层121，和由内而外沿径向依次设置的第一高分子聚合物层123，第一导电层125，第三高分子聚合层127，第二导电层126，第二高分子聚合物层124和第二电极层122。其中第一电极层121和第一高分子聚合物层123形成了第一电极128，第二高分子聚合层124和第二电极层122形成了第二电极129，其中电极层和导电层所用材料为铟锡氧化物，高分子聚合物层所用材料为聚苯乙烯(PS)。制备方法如下： 

（1）通过常规注塑方式得到半径为10cm的橡胶实心球。 

（2）通过磁控溅射方式将铟锡氧化物镀在空心球表面形成第一电极层121，将上述的空心球体放入PS溶液中，使PS均匀涂在空心球表面后将空心球提出液体表面后，进行烘干，烘干后，用砂纸在PS层的表面进行打磨形成凸起高度为300nm的维纳凹凸结构形成厚度为500μm第一高分子聚合物层123，后将多个PS弹性间隔物分散贴于球体表面；后将厚度500μm铟锡氧化物箔的一个表面采用细砂纸打磨的方法设置不规则的凸起高度为1μm的微纳凹凸结构，将铟锡氧化物箔上具有微纳凹凸结构的表面贴在该PS弹性间隔物上形成厚度为500μm的第一导电层125，将多个PS弹性间隔物分散贴于球体表面的第一导电层125上；在PS薄膜的一个表面上通过硅模板制成凸起高度为300nm的微纳凹凸结构，将该PS薄膜贴在弹性间隔物上形成厚度为500μm的第三聚合物层127，将多个PS弹性间隔物分散贴于球体表面的第三聚合物层127上；后将厚度500μm铟锡氧化物箔贴在该第三高分子聚合物层127上形成厚度为500μm的第二导电层126，将多个PS弹性间隔物分散贴于球体表面的第二导电层126上；在PS薄膜的一个表面上通过硅模板制成凸起高度为300nm的微纳凹凸结构，将该PS薄膜贴在弹性间隔物上形成厚度为500μm的第二聚合物层124，后将厚度500μm铟锡氧化物箔贴在该第二高分子聚合 物层124上形成第二导电层122。 

第一高分子聚合物层123的微纳凹凸结构和第一导电层125的微纳凹凸结构的表面进行摩擦，产生感应电场，第二高分子聚合物层124的微纳凹凸结构和第二导电层126的微纳凹凸结构的表面进行摩擦，产生感应电场；将第一电极层121和第二电极层122相连在一起形成第一输出电极，将第一导电层125与第二导电层126相连在一起形成第二输出电极；将LED的正负极分别连接在上述的第一输出电极和第二输出电极；在表面用透明胶布粘在一起，最后得到空心球状摩擦发电机8#。 

摩擦发电机8#在I-V（电流-电压）的测量中表现出典型的开路特征。使用周期振荡（0.33Hz和0.13％的形变）的步进电机使摩擦发电机8#发生周期的弯曲和释放，摩擦发电机8#的最大输出电压和电流信号分别达到了20V和12μA，上述电流和电压可以使LED发光。 

通过上述实施例得到的数据可以看出，本发明所制备球形纳米摩擦发电机能够产生较大的电流和电压，可以应用于LED灯的发光，用于儿童玩具等领域，具有震动装置的器械等。上述方案包含首选实施例和备案时发明人所知的该项发明的最佳模式时，上述实施例只作为说明性例子给出。对该说明中揭露的特定实施例的许多异化，不偏离该项发明的精神和范围的话，将是容易鉴别的。因此，该项发明的范围将通过所附的权利要求确定，而不限于上面特别描述的实施例。 

Claims (16)

1.一种近球形纳米摩擦发电机，其特征在于，包括由内而外沿径向依次层叠设置的第一电极层，中间层，以及第二电极层；所述第一电极层与中间层或/和中间层与第二电极层通过摩擦产生感应电场，第一电极层和第二电极层为含有导电层的层结构，其中，中间层为含有高分子聚合物层的层结构，所述纳米摩擦发电机的电压和电流输出电极为所述第一电极层和第二电极层的导电层。

2.根据权利要求1所述的近球形纳米摩擦发电机，其特征在于，其中所述中间层为含有高分子聚合物层和导电层的层结构，所述纳米摩擦发电机的电压和电流输出电极为所述第一电极层、第二电极层和中间层中的任意两个导电层。

3.根据权利要求1所述的近球形纳米摩擦发电机，其特征在于，所述中间层为仅含有高分子聚合物层的层结构。

4.根据权利要求3所述的近球形纳米摩擦发电机，其特征在于，所述高分子聚合物层是由两层或者两层以上高分子聚合物组成，各层高分子聚合物之间的相对设置的两个面中的至少一个面上设置有微纳凹凸结构，或/和高分子聚合物层与第一电极层或第二电极层之间相对设置的两个面中的至少一个面上设置有微纳凹凸结构。

5.根据权利要求2所述的近球形纳米摩擦发电机，其特征在于，所述中间层由内而外包括沿径向依次层叠设置的第一高分子聚合物层，导电层和第二高分子聚合物层。

6.根据权利要求5所述的近球形纳米摩擦发电机，其特征在于，所述中间层的导电层为2层以上，且相邻两个导电层之间含有高分子绝缘层。

7.根据权利要求6所述的近球形纳米摩擦发电机，所述中间层由内而外包括沿径向依次层叠设置的第一高分子聚合物层，第一导电层和第二高分子聚合物层、第二导电层和第三高分子聚合物层。

8.根据权利要求5-7任一项所述的近球形纳米摩擦发电机，其特征在于，高分子聚合物层与导电层之间相对设置的两个面中的至少一个面上设置有微纳凹凸结构，或/和高分子聚合物层与第一电极层或第二电极层之间相对设置的两个面中的至少一个面上设置有微纳凹凸结构。

9.根据权利要求1-8任一项所述的近球形纳米摩擦发电机，其特征在于，所述近球形是空心的或者实心，第一电极层设置在空心或实心近球体上。

10.根据权利要求1-9任一项所述的近球形纳米摩擦发电机，其特征在于，所述近球形为球形，椭球形，卵球形、扁球形或橄榄形。

11.根据权利要求1-10任一项所述的近球形纳米摩擦发电机，其特征在于，所述第一电极层或第二电极层或导电层所用材料是铟锡氧化物、银纳米线膜、金属或合金，其中金属优选为金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨或钒中的一种或几种，合金优选为铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金中的一种或几种；所述第二电极所用材料是金属或合金，其中金属优选为金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨或钒中的一种或几种，合金优选为铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金中的一种或几种；优选第一电极层、第二电极层分别独立的选自铟锡氧化物（ITO）或银纳米线膜中的一种或几种。

12.根据权利要求1-11任一项所述的近球形纳米摩擦发电机，其特征在于，所述高分子聚合物层所用材料选自聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤维素薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纤维（再生）海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纤维薄膜、聚甲基丙烯酸甲酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚异丁烯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、甲醛苯酚缩聚物薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯共聚物薄膜中的任意一种；优选高分子聚合物层所用材料分别独立地选自聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)或液晶高分子聚合物（LCP）中的一种或几种。

13.根据权利要求1-12任一项所述的近球形纳米摩擦发电机，其特征在于，所述高分子聚合物层表面上设置微纳凹凸结构为纳米级至微米级的凹凸结构，优选凸起高度50nm-300nm的纳米凹凸结构。

14.根据权利要求1-13任一项所述的近球形纳米摩擦发电机在儿童玩具中的应用。

15.一种纳米摩擦发电机组，包括两个或两个以上串联或并联的权利要求1-13任一项所述的纳米摩擦发电机。

16.一种儿童玩具，包含如权利要求1-13任一项所述的纳米摩擦发电机以及发光二极管。

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