CN103859688B - 发电鞋 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电鞋，用以解决现有技术中的发电鞋结构复杂、发电效率低、穿起来不舒适的问题。该发电鞋包括：设置在所述发电鞋的鞋底部位的纳米摩擦发电机，用于将机械能转化为电能；以及与所述纳米摩擦发电机相连的蓄电装置，用于对所述纳米摩擦发电机产生的电能进行存储。

Description

发电鞋

技术领域

本发明涉及电路领域，特别涉及一种发电鞋。

背景技术

目前，常见的发电鞋大多是采用磁式发电，相当于在鞋底安装一个小型发电机，不仅结构复杂、成本高、容易出现问题，而且发电效率低，且鞋底发生较大变形，走路时容易产生不适感。

而且，平时在走路的过程中，脚掌通过鞋子对路面产生压力，从而产生机械能。一个成年人在走路的过程中通过鞋子所产生的机械能是非常可观的（例如，可产生60瓦的能量），但是，目前的发电鞋并没有将这部分机械能利用起来，使其白白浪费掉了。

发明内容

本发明提供了一种发电鞋，用以解决现有技术中的发电鞋结构复杂、发电效率低、穿起来不舒适、且没有对走路产生的机械能加以利用的问题。

一种发电鞋，包括：设置在所述发电鞋的鞋底部位的纳米摩擦发电机，用于将机械能转化为电能；以及与所述纳米摩擦发电机相连的蓄电装置，用于对所述纳米摩擦发电机产生的电能进行存储。

本发明实施例中，无需设置小型发电机，只需通过纳米摩擦发电机将走路时产生的机械能转换为电能就可以为蓄电装置充电，从而由蓄电装置将纳米摩擦发电机产生的电能收集并存储起来，因而对走路时产生的机械能进行了合理的利用。其中，蓄电装置收集的电能可用于为外部电器（如随身携带的手机、mp3）供电，这样，用户无需随身携带充电器或电池，通过该发电鞋就可以将走路过程中产生的机械能转化为外部电器需要的电能，解决了用户外出时充电的难题。该发电鞋结构简单、成本较低，且纳米摩擦发电机不像常见的发电鞋内部的小型发电机那样材质坚硬，所以还提高了用户的舒适度。

附图说明

图1示出了本发明实施例提供的发电鞋的结构示意图；

图2a示出了本发明实施例中的发电鞋内部的多个纳米摩擦发电机平铺设置时的结构示意图；

图2b示出了本发明实施例中的发电鞋内部的多个纳米摩擦发电机层叠设置时的结构示意图；

图3示出了本发明实施例提供的发电鞋内部的蓄电装置通过有线方式供电时的一种结构示意图；

图4示出了本发明实施例提供的发电鞋内部的蓄电装置通过有线方式供电时的另一种结构示意图；

图5示出了本发明实施例提供的发电鞋内部的蓄电装置通过无线方式供电时的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的发电鞋内部的纳米摩擦发电机一种具体实施方式的立体示意图；

图7为本发明图6纳米摩擦发电机的剖面示意图；

图8为本发明实施例提供的发电鞋内部的纳米摩擦发电机另一种具体实施方式的立体示意图；

图9为本发明图8纳米摩擦发电机的剖面示意图；

图10为本发明生长有氧化锌纳米线的硅基底示意图；

图11为本发明涂覆PVDF的硅基底示意图；

图12为本发明基底分离示意图；

图13为本发明实施例提供的发电鞋内部的纳米摩擦发电机又一种具体实施方式的立体示意图；

图14为本发明图14纳米摩擦发电机的剖面示意图；

图15为本发明实施例提供的发电鞋内部的纳米摩擦发电机再一种具体实施方式的立体示意图；

图16为本发明图15纳米摩擦发电机的剖面示意图。

具体实施方式

为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明,但本发明并不仅仅限于此。

本发明提供了一种发电鞋，用以解决现有技术中的发电鞋结构复杂、发电效率低、穿起来不舒适、且没有对走路产生的机械能加以利用的问题。

图1示出了本发明实施例提供的发电鞋，包括：设置在发电鞋的鞋底部位的纳米摩擦发电机61，用于将机械能转化为电能；以及与纳米摩擦发电机61相连的蓄电装置62，用于对纳米摩擦发电机61产生的电能进行存储。

为了便于放置纳米摩擦发电机和蓄电装置，可以在鞋底内部设置一个或多个空腔，将纳米摩擦发电机和蓄电装置放入空腔内。在图1所示的发电鞋中，分别在鞋底的脚掌和脚底部位放置了两处纳米摩擦发电机，由于在走路时，脚掌和脚底部位与地面的接触更加充分，因此，这样的设置方式能够提高发电效率。另外，在图1中，将蓄电装置设置在了鞋底的脚心部位，由于足弓的存在，导致脚心部位与地面之间往往会有少许空隙，因此，将蓄电装置设置在脚心部位，可以在走路时将蓄电装置对穿着者的影响降到最低。

图1所示的纳米摩擦发电机和蓄电装置的位置只是示意性的，本领域技术人员也可以根据实际需要，将纳米摩擦发电机和蓄电装置设置在发电鞋的其他位置上。

另外，为了提高发电效率，该发电鞋中的纳米摩擦发电机的数量可以为多个，多个纳米摩擦发电机通过串联或并联方式连接，以增大输出的电流或电压。具体地，当纳米摩擦发电机的数量为多个时，多个纳米摩擦发电机可以通过平铺方式设置，也可以通过层叠方式设置。

当多个纳米摩擦发电机通过平铺方式设置时，如图2a所示。在图2a中，多个纳米摩擦发电机中的每一个纳米摩擦发电机所占用的面积比较小，因而可以在同一水平面内以平铺方式设置多个纳米摩擦发电机，例如，在图2a中，在脚底部位设置了九个纳米摩擦发电机，这九个纳米摩擦发电机分为三行三列进行设置。采用平铺方式进行设置时，由于多个纳米摩擦发电机均位于同一水平面内，不会显著增加鞋底的厚度，因此，发电鞋的厚度与普通鞋相差不大，更加适合一般用户的需求。

当多个纳米摩擦发电机通过层叠方式设置时，如图2b所示。在图2b中，多个纳米摩擦发电机中的每一个纳米摩擦发电机所占用的面积相同。并且，与图2a中的方式相比，图2b中的每个纳米摩擦发电机所占用的面积通常较大，且各个纳米摩擦发电机层叠设置，即不同层的纳米摩擦发电机位于同一竖直方向上，但分别处于不同的水平面内。采用层叠方式进行设置时，由于多个纳米摩擦发电机均位于同一竖直方向上，会显著增加鞋底的厚度，因此，发电鞋的厚度与普通鞋相比通常更厚，适合于特殊用户（例如喜欢穿厚底鞋的用户）的需求。另外，当多个纳米摩擦发电机通过层叠方式设置时，为了避免各个发电机之间相互影响，还可以在两层发电机之间设置能起到支撑作用的支撑层。

上述的纳米摩擦发电机均为高功率的纳米摩擦发电机，关于该高功率的纳米摩擦发电机的具体结构将在后面单独进行详细地描述。

下面先介绍一下本发明实施例中的蓄电装置的实现方式。

蓄电装置62的主要目的是为了对纳米摩擦发电机所产生的电能进行储存，并在需要时提供给外部电器（例如手机、mp3等）进行供电。为了实现供电的目的，蓄电装置62除了储存电能之外，还需要对纳米发电机产生的电能进行必要的转换，以便适合于外部电器的需求。其中，蓄电装置62为外部电器供电时主要可通过有线供电和无线供电这两种方式进行。

下面首先介绍一下有线供电的方式：

当蓄电装置62通过有线供电方式为外部电器供电时，蓄电装置62的内部结构示意图如图3所示。蓄电装置62包括：降压变压器621、交直流转换器622、储能元件623以及升压变压器624。其中，降压变压器621的输入端与纳米摩擦发电机61的输出端相连，用于对纳米摩擦发电机61产生的电能进行降压处理，由于纳米摩擦发电机61为高功率的纳米摩擦发电机，因此，产生的电能的电压通常比较高，因此，需要由降压变压器621进行降压，经降压变压器621处理后的电信号依然为交流电信号。降压变压器621的输出端与交直流转换器622相连，交直流转换器622主要用于将降压变压器621处理后的交流电转换为直流电，以便于储能元件623存储。储能元件623中存储的是直流电能，为了将该直流电能提供给外部电器供电，还需要由升压变压器624对储能元件中存储的电能进行升压处理。升压变压器输出的电压可以由外部电器的额定电压决定。例如，通常的外部电器的额定电压包括6V、3V等，升压变压器的输出电压也可以相应地为6V、3V。为了能够适应更多类型的外部电器，该升压变压器可以具有多个输出端，每个输出端用于输出不同的电压，以便适应不同用电器的需求。

上述的交直流转换器622进一步包括：整流电路6221、滤波电路6222以及稳压电路6223。其中，整流电路6221用于对降压变压器621输出的交流电能进行整流，从而把大小和方向都随时间变化的交流电转变为方向不随时间变化，大小随时间变化的单相脉动直流电。滤波电路6222，用于将整流电路6221输出的单相脉动直流电中剩余的交流分量滤除，从而得到相对比较稳定的直流电。稳压电路6223，用于对滤波电路6222输出的比较稳定的直流电进一步进行稳压处理，得到恒定的电压信号。具体地，整流电路6221、滤波电路6222和稳压电路6223的具体电路器件和参数可根据需要进行灵活地设计。

上述的储能元件623可以灵活选用锂电池、镍氢电池、超级电容等元件实现，只要能够实现储能的目的即可。

为了使蓄电装置62中存储的电能能够方便地提供给外部电器，该蓄电装置62还可以进一步设置一个充电接口625，如图4所示。该充电接口625的一端与升压变压器624的输出端相连，另一端用于连接外部电器并为外部电器供电。其中，充电接口625可以是各种数字接口，例如，可以为普通USB接口、miniUSB接口等，只要能够实现通信目的即可。另外，充电接口625的数量也可以是多个，多个充电接口625的类型可以相同也可以不同，以方便用户的使用。

其中，充电接口625可以是凹陷的插孔，通过数据线将充电接口625与外部电器相连接，这时，蓄电装置62可以固定在发电鞋内部，然后将该充电接口625设置在用户可以接触到的位置上，这样，用户无需取下蓄电装置62，直接通过数据线就可以完成对外部电器的充电。为了避免暴露的插孔受到粉尘等异物的污染，还可以进一步在插孔外部设置防护套。

充电接口625也可以是凸起的插头（类似优盘插头），这时，可以将蓄电装置62设计为可拆卸的。需要充电时，将蓄电装置62从发电鞋上取下，并通过充电接口625为外部电器充电。

下面再介绍一下无线供电的方式：

当蓄电装置62通过无线供电方式为外部电器供电时，蓄电装置62的结构示意图如图5所示。蓄电装置62包括：无线发射器81和无线接收存储器82。其中，无线发射器81设置在发电鞋内部，与纳米摩擦发电机61相连，用于将纳米摩擦发电机61产生的电能通过无线方式传输给无线接收存储器82。无线接收存储器82独立于发电鞋，可由用户随身携带，用于接收并存储无线发射器81传输的电能。

其中，无线发射器81包括：调制器811、放大电路812、升压变压器813以及发射线圈（或发射天线）814。调制器811与纳米摩擦发电机61的输出端相连，用于对纳米摩擦发电机61输出的交流信号进行调制，为了传输更远的距离，可以选取频率较高的信号作为载波信号，通过载波信号对纳米摩擦发电机61输出的交流信号（即基带信号）进行调制后，得到高频的已调信号。然后，放大电路812对调制器811输出的已调信号进行初级放大，并传送给升压变压器813，由升压变压器813对放大电路812输出的电信号进行进一步的放大，即升压（例如可升至几千伏）。最后，由发射线圈（或发射天线）814将升压后的电信号发射给无线接收存储器82。

无线接收存储器82包括：接收线圈（或接收天线）821、降压变压器822、解调器823、交直流转换器824、储能元件825以及升压变压器826。接收线圈（或接收天线）821用于接收来自发射线圈（或发射天线）814的电信号。降压变压器822对接收到的电信号进行降压处理，其中，由于调制器811输出的已调信号经过了放大器812以及升压变压器813的二级放大过程，因此，降压变压器822的主要作用在于将接收到的电信号恢复到放大前的已调信号的幅度。然后，由解调器823对降压变压器822输出的已调信号进行解调，得到原始的基带信号，该基带信号为交流信号。交直流转换器824用于将交流的基带信号转换为直流的电信号，并传送给储能元件825存储。为了将储能元件825中存储的直流电能提供给外部电器供电，还需要由升压变压器826对储能元件825中存储的电能进行升压处理。升压变压器826输出的电压可以由外部电器的额定电压决定。例如，通常的外部电器的额定电压包括6V、3V等，升压变压器的输出电压也可以相应地为6V、3V。为了能够适应更多类型的外部电器，该升压变压器可以具有多个输出端，每个输出端用于输出不同的电压，以便适应不同用电器的需求。

上述的交直流转换器824的具体结构可参照有线供电方式中的结构，例如包括整流电路、滤波电路以及稳压电路，此处不再赘述。上述的储能元件825可以灵活选用锂电池、镍氢电池、超级电容等元件实现，只要能够实现储能的目的即可。

上述的无线接收存储器82可以与外部电器连接，以便为外部电器充电。为了使无线接收存储器82中存储的电能能够方便地提供给外部电器，该无线接收存储器82还可以进一步设置一个充电接口（图中未示出）。该充电接口的一端与升压变压器826的输出端相连，另一端用于连接外部电器并为外部电器供电。其中，充电接口可以是各种数字接口，例如，可以为普通USB接口、miniUSB接口等，只要能够实现通信目的即可。另外，充电接口的数量也可以是多个，多个充电接口的类型可以相同也可以不同，以方便用户的使用。其中，充电接口可以是凹陷的插孔，通过数据线将充电接口与外部电器相连接；或者，充电接口也可以是凸起的插头（类似优盘插头），直接通过充电接口进行充电。

当蓄电装置62采用无线供电方式时，无线发射器81能够将纳米摩擦发电机61产生的电能发射给无线接收存储器82，由无线接收存储器82通过充电接口为外部电器供电。采用无线通信的方式，由于不需要数据线的连接，也不需要将蓄电装置62取下来进行充电，所以，用户可以在走路的同时，利用随身携带的无线接收存储器为身边的电器（例如手机、mp3等）充电，这样，步行、充电两不误，为用户提供了很大的方便。

另外，还可以在蓄电装置62内部设计一个开关电路，用以控制电能的发射。例如，该开关电路可以设计在无线发射器的内部，这样，当用户不需要充电，也不需要对纳米摩擦发电机产生的电能进行存储时，可以关闭无线发射器的开关，这时，无线发射器停止向无线接收存储器发射电信号，以避免电磁辐射对人体的影响。或者，该开关电路也可以设计在无线接收存储器的内部，这样，当用户不需要充电，也不需要对纳米摩擦发电机产生的电能进行存储时，可以关闭无线接收存储器的开关，这时，无线接收存储器停止接收电信号。可选地，无线接收存储器的内部开关电路可以设置在接收线圈（或接收天线）821、降压变压器822之间。由于无线接收存储器可随身携带，因此，将开关电路设置在无线接收存储器上更便于用户的操作。

上面描述的蓄电装置62的两种供电方式（有线供电方式和无线供电方式）仅为示意性的描述，本领域技术人员还可以采用其他的方式来实现蓄电装置收集电能并进行供电的目的。另外，蓄电装置62内部的结构也可以根据需要进行适当的调整，例如，当纳米摩擦发电机产生的电压较低时，也可以省去降压变压器。

通过上面描述的几种方式，就可以通过蓄电装置62实现对外部电器的自给供电。上述的几种方式各有优势，例如，有线供电方式中的电量传输比较稳定，不会受到外界环境的影响；无线供电方式的传输方式非常灵活，不受空间限制，也无需数据线的缠绕，可以实现边走路边充电的效果。

在本发明实施例提供的发电鞋中，纳米摩擦发电机是最核心的部件，正是由于本实施例中的纳米摩擦发电机采用了高功率的纳米摩擦发电机，才得以实现对外部电器的供电。

下面详细介绍一下本发明实施例提供的发电鞋中的纳米摩擦发电机的具体结构。

本发明实施例提供的发电鞋中的纳米摩擦发电机是一种高功率纳米摩擦发电机，当该摩擦发电机的各层向下弯曲时，摩擦发电机中的摩擦电极层与高分子聚合物层表面相互摩擦产生静电荷，静电荷的产生会使第一电极和摩擦电极层之间的电容发生改变，从而导致第一电极和摩擦电极层之间出现电势差。由于第一电极层和摩擦电极层之间电势差的存在，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。当该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层和摩擦电极层之间的内电势消失，此时已平衡的第一电极层和摩擦电极层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。

本发明的发电鞋中的纳米摩擦发电机采用具有多个纳米孔的高分子聚合物层与摩擦电极层进行摩擦，由于设置的纳米孔使得高分子聚合物层表面粗糙度增加，增加了摩擦电量；另外，每一个纳米孔相当于一个微型电容，能够起到存储电荷的作用，避免了摩擦电在瞬间释放，从而增加了第一电极层和摩擦电极层之间的电势差，电压和电流输出高，实现了摩擦发电机的高能量输出。

如图6和7所示，本发明一种具体实施方式的高功率纳米摩擦发电机，包括依次层叠设置的第一电极层1，高分子聚合物层2，以及摩擦电极层3；高分子聚合物层2的相对摩擦电极层3的面上设有多个纳米孔4；其中，摩擦电极层3包括摩擦薄膜层31和第二电极层32，所述摩擦薄膜层31相对高分子聚合物层2设置。所述高分子聚合物绝缘层2与摩擦薄膜层31的相对表面接触摩擦，并在第一电极层1和第二电极层32处感应出电荷；所述第一电极层1和第二电极层32为摩擦发电机的电压和电流输出电极，即摩擦发电机的输出端。

第一电极层1和第二电极层32对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、石墨烯、银纳米线膜、金属或合金，其中金属是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、锡、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。本发明优选的第一电极层1和第二电极层32材料是铜或铝，厚度为0.05-0.2mm。

在本实施方式中，高分子聚合物层2所用材料是聚偏氟乙烯（PVDF），其厚度为0.5-1.2mm（优选1mm），且其相对摩擦电极层3的面上设有多个纳米孔4。每个纳米孔4的尺寸，即宽度和深度，可以根据应用的需要进行选择，优选的纳米孔4的尺寸为：宽度为10-100nm以及深度为4-50μm。这些多个纳米孔4可以均匀也可以不均匀的分布在摩擦电极层3的面上，优选纳米孔4均匀的分布在摩擦电极层3的面上，纳米孔4的数量可以根据需要的输出电流值和电压值进行调整，优选的这些多个纳米孔4是孔间距为2-30μm的均匀分布，更优选的平均孔间距为9μm的均匀分布。

摩擦薄膜层31所用材料可以是纤维薄膜（纸）或聚氯乙烯（PVC）等，厚度为0.2-1.5mm。摩擦薄膜层31所用材料优选铜版纸或牛皮纸等，市售的各种规格的铜版纸或牛皮纸均可应用于本发明，更优选的是规格100-250g/m2的铜版纸和规格80～120g/m2的牛皮纸。采用纤维薄膜（纸）作为摩擦薄膜层31，使得整个摩擦发电机的成本得到了极大的降低。

根据发明人的研究发现，要提高纳米摩擦发电机的能量输出，相互接触的摩擦层的两种材料的配对是一种非常重要的影响因素。例如，纸与聚偏氟乙烯薄膜（PVDF）摩擦时，输出的功率和电压高。

如图8和9所示，本发明另一种具体实施方式的高功率纳米摩擦发电机，包括依次层叠设置的第一电极层1，高分子聚合物层2，以及摩擦电极层3；高分子聚合物层2的相对摩擦电极层3的面上设有多个纳米孔4。所述高分子聚合物绝缘层2与摩擦电极层3的相对表面接触摩擦，并在第一电极层1和摩擦电极层3处感应出电荷；所述第一电极层1和摩擦电极层3为摩擦发电机的电压和电流输出电极。

第一电极层1对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、石墨烯、银纳米线膜、金属或合金，其中金属是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、锡、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。本发明优选的第一电极层1材料是铜或铝，厚度为0.05-0.2mm。

在本实施方式中，高分子聚合物层2所用材料是聚偏氟乙烯（PVDF），其厚度为0.5-1.2mm（优选1.0mm），且其相对摩擦电极层3的面上设有多个纳米孔4。其中，每个纳米孔4的尺寸，即宽度和深度，可以根据应用的需要进行选择，优选的纳米孔4的尺寸为：宽度为10-100nm以及深度为4-50μm。这些多个纳米孔4可以均匀也可以不均匀的分布在摩擦电极层3的面上，优选纳米孔4均匀的分布在摩擦电极层3的面上，纳米孔4的数量可以根据需要的输出电流值和电压值进行调整，优选的这些多个纳米孔4是孔间距为2-30μm的均匀分布，更优选的平均孔间距为9μm的均匀分布。

根据发明人的研究发现，金属与高分子聚合物摩擦，金属更易失去电子，因此采用金属电极与高分子聚合物摩擦也能提高能量输出。因此，优选的摩擦电极层3所用材料是金属或合金，其中金属是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、锡、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，更优选的摩擦电极层3材料是铜或铝，厚度为0.05-0.2mm。

下面详细说明上述高功率纳米摩擦发电机的制备方法。该方法包括如下步骤：

（1）制备具有纳米线的基底

在基底的一个表面上垂直生长氧化锌纳米线，得到具有纳米线的基底。

本发明可以使用的基底可以是硅基底，镀金或镀铬的玻璃基底等。

本发明采用常规水热法生长氧化锌纳米线阵列，例如采用环六亚甲基四胺（HMTA）和硝酸锌六水合物（ZnNO3·6(H2O)）的混合物作为培养液，在适当的温度例如80-95℃下，在硅基底上生长氧化锌纳米线阵列。具体的，在一个具体实施方式中，采用常规喷射溅镀在硅基底的一个面上生成一个厚度30-50nm的氧化锌种子层。采用0.1mol/L浓度的由等摩尔的环六亚甲基四胺（HMTA）和硝酸锌六水合物（ZnNO3·6(H2O)）组成的培养液，将硅基底的生成有氧化锌种子层的面朝下，放在培养液顶部，在85℃下在机械对流加热炉（型号：YamatoDKN400，加利福尼亚，圣克拉拉）中生长，用去离子水冲洗生长有氧化锌纳米线的硅基底并在空气中干燥，得到氧化锌纳米线阵列。本发明对氧化锌纳米线的断面形状没有特殊要求，规则矩形、六边形、圆形或正方形等均可以应用于本发明。如图10所示，是生长有圆形断面的氧化锌纳米线的硅基底的示意图。应当理解的是，本领域技术人员容易根据需要的氧化锌纳米线的宽度，深度以及间距，调整纳米氧化锌线的生长工艺条件，例如培养液浓度，生长温度和时间，使得所得氧化锌纳米线阵列优选的均匀分布，且满足使用要求，例如延长生长时间改变氧化锌纳米线的宽度和长度。

（2）制备具有纳米孔的高分子聚合物薄膜

将聚合物材料的溶液涂覆于生长有氧化锌纳米线的基底上，固化成高分子聚合物膜，然后分离基底，去除氧化锌纳米线，得到具有纳米孔的高分子聚合物薄膜。

本发明所述固化是指：将聚合物材料溶液中的溶剂挥发掉，形成聚合物薄膜。常规干燥，加热蒸发（例如水浴加热）的方法均可以应用于本发明。

具体的，将PVDF用二甲基甲酰胺（DMF）溶解PVDF，然后超声处理，直至PVDF全部溶解；将上述配好的PVDF溶液通过旋转涂覆均匀地直接涂覆在步骤（1）制备的硅基底表面，涂覆完毕后真空干燥。图11所示是涂覆有聚合物材料的硅基底（生长有氧化锌纳米线）示意图。

干燥后，将硅基底移除，图12所示是基底分离示意图。然后采用酸蚀刻法将氧化锌纳米线酸蚀掉，具体的，采用稀盐酸、稀硫酸或稀硝酸等常规无机酸，将氧化锌纳米线腐蚀掉，得到具有多个纳米孔的高分子聚合物薄膜。

（3）制成纳米摩擦发电机

将步骤（2）所得的具有纳米孔的高分子聚合物薄膜作为高分子聚合物层，依次层叠设置第一电极层1，高分子聚合物层2，以及摩擦电极层3，得到纳米摩擦发电机。将该摩擦发电机的边缘用普通胶布密封。

可以采用常规现有技术在高分子聚合物层2上设置第一电极层1，例如在高分子聚合物层2上粘贴第一电极层1，或者通过化学沉积或物理沉积的方法（例如射频溅镀，蒸镀等方法）在高分子聚合物层2上沉积第一电极层1。

当摩擦电极层3包括层叠设置的摩擦薄膜层31和第二电极层32时，在摩擦薄膜层31上设置第二电极层32的方法也可以是粘贴，化学沉积或物理沉积等方法。

根据纳米摩擦发电机的工作原理,在发电机工作的过程中，两个摩擦面需要不断的接触摩擦和分离，而一直处于接触状态或者分离状态时，发电机则不能具有很好的输出性能。因此，为了能够制作出性能优异的发电机，发明人对发电机的结构进行了改进。如图13和14所示的拱形的高功率纳米摩擦发电机，包括依次层叠设置的第一电极层1，高分子聚合物层2，以及摩擦电极层3；高分子聚合物层2的相对摩擦电极层的面上设有多个纳米孔4；摩擦电极层3包括摩擦薄膜层31和第二电极层32，所述摩擦薄膜层31相对高分子聚合物层2设置。其中，所述摩擦电极层3作为一个整体相对高分子聚合物层2向外拱起形成凸面，并在摩擦电极层3与高分子聚合物层2之间形成间隙，使两个摩擦面在不受力的情况下能够自动弹起。除摩擦电极层3形成凸面外，图13和14所示的高功率纳米摩擦发电机的各层结构与图6所示的高功率纳米摩擦发电机相同，因此第一电极层1，高分子聚合物层2，摩擦电极层3以及纳米孔4各层的适用选择可以参考上文，这里不再赘述。

如图15和16所示的拱形结构高功率纳米摩擦发电机，其包括依次层叠设置的第一电极层1，高分子聚合物层2，以及摩擦电极层3；高分子聚合物层2的相对摩擦电极层的面上设有多个纳米孔4。其中，所述摩擦电极层3相对高分子聚合物层2向外拱起形成凸面，并在摩擦电极层3与高分子聚合物层2之间形成间隙，使两个摩擦面在不受力的情况下能够自动弹起。图15和16所示的高功率纳米摩擦发电机的各层结构与图8所示的高功率纳米摩擦发电机相同，因此第一电极层1，高分子聚合物层2，摩擦电极层3以及纳米孔4各层的适用选择可以参考上文，这里不再赘述。

虽然上文仅示例性描述了摩擦电极层3向外拱起的拱形的高功率纳米摩擦发电机，应当理解的是，基于本发明的优选实施方式，本领域技术人员根据很容易实现高分子聚合物层2相对摩擦电极层3向外拱起形成凸面，并在摩擦电极层3与高分子聚合物层2之间形成间隙，使两个摩擦面在不受力的情况下能够自动弹起。因此，本发明的保护范围是摩擦电极层和高分子聚合物层中的至少一个向外拱起形成凸面，使得摩擦电极层与高分子聚合物层之间形成间隙。在一个具体实施方式中，依照高分子聚合物层2与摩擦电极层3的长度比为21:20或20：21，得到了拱形的高功率纳米摩擦发电机。

下面详细说明拱形结构高功率纳米摩擦发电机的制备方法，步骤（1）制备具有纳米线的基底与步骤制备具有纳米孔的高分子聚合物薄膜（2）与上文所述相同，这里不再赘述，下面仅详细说明步骤（3）：

a.将第一电极层1设置到高分子聚合物层2上，形成第一电极层1-高分子聚合物层2的层叠体。

b.将摩擦电极层3放置到步骤a所得层叠体的高分子聚合物层2上，并且将所述层叠体与摩擦电极层3的一端固定。

具体的，例如所述层叠体与摩擦电极层3是矩形时，采用胶布粘贴或者热封的方法将层叠体与摩擦电极层3的短边端中的其中一个固定。

c.将摩擦电极层3拱起，然后将层叠体与摩擦电极层3的固定端的相对端进行固定。

具体的，例如所述层叠体与摩擦电极层3是矩形时，将层叠体与摩擦电极层3的另一个短边端固定。

下面通过具体的实施例来阐述本发明提供的发电鞋中的纳米摩擦发电机的方法的实施，本领域技术人员应当理解的是，这不应被理解为对本发明权利要求范围的限制。

实施例1

如图6和7所示，本实施例高功率纳米摩擦发电机尺寸为4.5cm（长度）×1.2cm（宽度），其包括依次层叠设置的第一电极层1（0.1mm厚的铝层），高分子聚合物层2（1mm厚的聚偏氟乙烯），以及摩擦电极层3。摩擦电极层3包括摩擦薄膜层31（1.0mm厚的铜版纸（规格200g/m²））和第二电极层32（0.1mm厚的铜层），所述摩擦薄膜层31相对高分子聚合物层2设置。高分子聚合物层2的相对摩擦电极层3的面上设有多个纳米孔4（宽度约为60nm，深度约为8μm，以及孔间距平均为9μm）。所述第一电极层1和第二电极层32为摩擦发电机的电压和电流输出电极。

下面详细说明该高功率纳米摩擦发电机的制备方法。

（1）制备具有纳米线的基底

采用常规喷射溅镀在硅基底的一个面上生成厚度40nm的氧化锌种子层。采用0.1mol/L浓度的由等摩尔的环六亚甲基四胺（HMTA）和硝酸锌六水合物（ZnNO₃·6(H₂O)）组成的培养液，将硅基底的生成有氧化锌种子层的面朝下，放在培养液顶部，在85℃下在机械对流加热炉（型号：YamatoDKN400，加利福尼亚，圣克拉拉）中生长6小时，用去离子水冲洗生长有氧化锌纳米线的硅基底并在空气中干燥，得到的氧化锌纳米线阵列。

（2）制备具有纳米孔的高分子聚合物薄膜

将PVDF放入烧杯中，然后将二甲基甲酰胺（DMF）加入到烧杯中溶解PVDF，得到浓度11.7wt%的PVDF溶液。然后将烧杯用保鲜膜封住，超声处理30min，PVDF全部溶解，然后待用。

将上述配好的PVDF溶液通过旋转涂覆均匀地直接涂覆在步骤（1）制备的硅基底的生长有纳米氧化锌线的表面，涂覆完毕后在80℃进行真空干燥。

干燥完成后，将硅基底移除。然后采用浓度3wt%的稀盐酸将氧化锌纳米线酸蚀掉，得到PVDF聚合物薄膜，其中该薄膜一个表面上具有的纳米孔为：宽度约为60nm，深度约为8μm，以及孔间距平均为9μm。

（3）制成纳米摩擦发电机

将步骤（2）所得的具有纳米孔的高分子聚合物薄膜作为高分子聚合物层，将0.1mm厚的铝层粘贴在高分子聚合物层2上，得到第一电极层1-高分子聚合物层2的层叠体；将0.1mm厚的铜层粘贴在铜版纸上，得到摩擦电极层3。按照高分子聚合物层2相对铜版纸，将摩擦电极层3放置到上述层叠体上，然后边缘用普通胶布密封，得到纳米摩擦发电机1#。

该摩擦发电机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800V和750μA。

实施例2-3

实施例2和3采用与实施例1基本相同的方法进行制备，不同之处列于下表：

表1

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#和3#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900V和850μA，摩擦发电机3#的最大输出电压和电流信号分别达到了680V和450μA。

实施例4聚合物与金属摩擦，非拱形

如图8和9所示，本实施例高功率纳米摩擦发电机尺寸为4.5cm（长度）×1.2cm（宽度），其包括依次层叠设置的第一电极层1（0.1mm厚的铝层），高分子聚合物层2（1mm厚的聚偏氟乙烯），以及摩擦电极层3（0.1mm厚的铜层）。高分子聚合物层2的相对摩擦电极层3的面上设有多个纳米孔4（宽度约为60nm，深度约为8μm，以及平均孔间距为9μm）。所述第一电极层1和摩擦电极层3为摩擦发电机的电压和电流输出电极。

下面详细说明该高功率纳米摩擦发电机的制备方法。

（1）制备具有纳米线的基底

采用常规喷射溅镀在硅基底的一个面上生成厚度40nm的氧化锌种子层。

采用0.1mol/L浓度的由等摩尔的环六亚甲基四胺（HMTA）和硝酸锌六水合物（ZnNO₃·6(H₂O)）组成的培养液，将硅基底的生成有氧化锌种子层的面朝下，放在培养液顶部，在85℃下在机械对流加热炉（型号：YamatoDKN400，加利福尼亚，圣克拉拉）中生长6小时，用去离子水冲洗生长有氧化锌纳米线的硅基底并在空气中干燥，得到的氧化锌纳米线阵列。

（2）制备具有纳米孔的高分子聚合物薄膜

将PVDF放入烧杯中，然后将二甲基甲酰胺（DMF）加入到烧杯中溶解PVDF，得到浓度11.7wt%的PVDF溶液。然后将烧杯用保鲜膜封住，超声处理30min，PVDF全部溶解，然后待用。

将上述配好的PVDF溶液通过旋转涂覆均匀地直接涂覆在步骤（1）制备的硅基底的生长有纳米氧化锌线的表面，涂覆完毕后在80℃进行真空干燥。

干燥完成后，将硅基底移除。然后采用浓度3wt%的稀硫酸将氧化锌纳米线酸蚀掉，得到PVDF聚合物薄膜，其中该薄膜一个表面上具有的纳米孔为：宽度约为60nm，深度约为8μm，以及平均孔间距为9μm。

（3）制成纳米摩擦发电机

将步骤（2）所得的具有纳米孔的高分子聚合物薄膜作为高分子聚合物层，将0.1mm厚的铝层粘贴在高分子聚合物层2上，得到第一电极层1-高分子聚合物层2的层叠体。按照高分子聚合物层2相对摩擦电极层3，将摩擦电极层3放置到上述层叠体上，然后边缘用普通胶布密封，得到纳米摩擦发电机4#。

该摩擦发电机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120V和90μA。

实施例5-6

实施例5和6采用与实施例4基本相同的方法进行制备，不同之处列于下表：

表2

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#和6#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280V和1750μA，摩擦发电机6#的最大输出电压和电流信号分别达到了226V和162μA。

实施例7

如图13和14所示，本实施例高功率纳米摩擦发电机尺寸为4.5cm（长度）×1.2cm（宽度），其包括依次层叠设置的第一电极层1（0.1mm厚的铝层），高分子聚合物层2（1mm厚的聚偏氟乙烯），以及摩擦电极层3。摩擦电极层3包括摩擦薄膜层31（1.0mm厚的铜版纸（规格200g/m²）和第二电极层32（0.1mm厚的铜层），所述摩擦薄膜层31相对高分子聚合物层2设置。高分子聚合物层2的相对摩擦电极层3的面上设有多个纳米孔4（宽度约为60nm，深度约为8μm，以及平均孔间距为9μm）。所述第一电极层1和第二电极层32为摩擦发电机的电压和电流输出电极。所述摩擦电极层3作为一个整体相对高分子聚合物层2向外拱起形成凸面，并在摩擦电极层3与高分子聚合物层2之间形成间隙，使两个摩擦面在不受力的情况下能够自动弹起。

下面详细说明该拱形结构高功率纳米摩擦发电机的制备方法。

（1）制备具有纳米线的基底

采用常规喷射溅镀在硅基底的一个面上生成厚度40nm的氧化锌种子层。采用0.1mol/L浓度的由等摩尔的环六亚甲基四胺（HMTA）和硝酸锌六水合物（ZnNO₃·6(H₂O)）组成的培养液，将硅基底的生成有氧化锌种子层的面朝下，放在培养液顶部，在85℃下在机械对流加热炉（型号：YamatoDKN400，加利福尼亚，圣克拉拉）中生长6小时，用去离子水冲洗生长有氧化锌纳米线的硅基底并在空气中干燥，得到的氧化锌纳米线阵列。

（2）制备具有纳米孔的高分子聚合物薄膜

将PVDF放入烧杯中，然后将二甲基甲酰胺（DMF）加入到烧杯中溶解PVDF，得到浓度11.7wt%的PVDF溶液。然后将烧杯用保鲜膜封住，超声处理30min，PVDF全部溶解，然后待用。

将上述配好的PVDF溶液通过旋转涂覆均匀地直接涂覆在步骤（1）制备的硅基底的生长有纳米氧化锌线的表面，涂覆完毕后在80℃进行真空干燥。

干燥完成后，将硅基底移除。然后采用浓度3wt%的稀盐酸将氧化锌纳米线酸蚀掉，得到PVDF聚合物薄膜，其中该薄膜一个表面上具有的纳米孔为：宽度约为60nm，深度约为8μm，以及平均孔间距为9μm。

（3）制成纳米摩擦发电机

将步骤（2）所得的具有纳米孔的高分子聚合物薄膜作为高分子聚合物层，将0.1mm厚的铝层粘贴在高分子聚合物层2上，得到第一电极层1-高分子聚合物层2的层叠体；将0.1mm厚的铜层粘贴在铜版纸上，得到摩擦电极层3。

依照摩擦电极层3与高分子聚合物层2的长度比为21:20，将摩擦电极层3放置到层叠体的高分子聚合物层2上，并将它们的一个短边端对齐，采用常规热封的方法将该对齐的短边端固定。将摩擦电极层3拱起，然后将层叠体与摩擦电极层3的短边端中的另一个进行固定，得到纳米摩擦发电机7#。

该摩擦发电机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1020V和840μA。

实施例8

如图8和9所示，本实施例高功率纳米摩擦发电机尺寸为4.5cm（长度）×1.2cm（宽度），其包括依次层叠设置的第一电极层1（0.1mm厚的铝层），高分子聚合物层2（1mm厚的聚偏氟乙烯），以及摩擦电极层3（0.1mm厚的铜层）。高分子聚合物层2的相对摩擦电极层3的面上设有多个纳米孔4（宽度约为60nm，深度约为8μm，以及平均孔间距为9μm）。所述第一电极层1和摩擦电极层3为摩擦发电机的电压和电流输出电极。所述摩擦电极层3相对高分子聚合物层2向外拱起形成凸面，并在摩擦电极层3与高分子聚合物层2之间形成间隙，使两个摩擦面在不受力的情况下能够自动弹起。

下面详细说明该高功率纳米摩擦发电机的制备方法。

（1）制备具有纳米线的基底

采用常规喷射溅镀在硅基底的一个面上生成厚度40nm的氧化锌种子层。采用0.1mol/L浓度的由等摩尔的环六亚甲基四胺（HMTA）和硝酸锌六水合物（ZnNO₃·6(H₂O)）组成的培养液，将硅基底的生成有氧化锌种子层的面朝下，放在培养液顶部，在85℃下在机械对流加热炉（型号：YamatoDKN400，加利福尼亚，圣克拉拉）中生长6小时，用去离子水冲洗生长有氧化锌纳米线的硅基底并在空气中干燥，得到的氧化锌纳米线阵列。

（2）制备具有纳米孔的高分子聚合物薄膜

将PVDF放入烧杯中，然后将二甲基甲酰胺（DMF）加入到烧杯中溶解PVDF，得到浓度11.7wt%的PVDF溶液。然后将烧杯用保鲜膜封住，超声处理30min，PVDF全部溶解，然后待用。

将上述配好的PVDF溶液通过旋转涂覆均匀地直接涂覆在步骤（1）制备的硅基底的生长有纳米氧化锌线的表面，涂覆完毕后在80℃进行真空干燥。

干燥完成后，将硅基底移除。然后采用浓度3wt%的稀硫酸将氧化锌纳米线酸蚀掉，得到PVDF聚合物薄膜，其中该薄膜一个表面上具有的纳米孔为：宽度约为60nm，深度约为8μm，以及平均孔间距为9μm。

（3）制成纳米摩擦发电机

将步骤（2）所得的具有纳米孔的高分子聚合物薄膜作为高分子聚合物层，将0.1mm厚的铝层粘贴在高分子聚合物层2上，得到第一电极层1-高分子聚合物层2的层叠体。

依照摩擦电极层3与高分子聚合物层2的长度比为21:20，将摩擦电极层3放置到层叠体的高分子聚合物层2上，并将它们的一个短边端对齐，采用常规热封的方法将该对齐的短边端固定。将摩擦电极层3拱起，然后将层叠体与摩擦电极层3的另一个短边端固定，得到纳米摩擦发电机8#。

该摩擦发电机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360V和205μA。

本发明实施例提供的发电鞋，无需设置小型发电机，只需通过纳米摩擦发电机将走路时产生的机械能转换为电能就可以为蓄电装置充电，从而由蓄电装置将纳米摩擦发电机产生的电能收集并存储起来。其中，蓄电装置收集的电能可用于为外部电器供电，这样，用户无需随身携带充电器或电池，通过该发电鞋就可以将走路过程中产生的机械能转化为外部电器需要的电能，解决了用户外出时充电的难题。该发电鞋结构简单、成本较低。而且，由于纳米摩擦发电机可以制作为柔性的，因此，还提高了用户的舒适度。

而且，以上述的实施例7中提到的尺寸为4.5cm（长度）×1.2cm（宽度）的纳米摩擦发电机为例来说，其最大输出电压和电流信号分别达到了1020V和840μA。由此可见，每一平方厘米的鞋面内所设置的纳米摩擦发电机的发电量接近于0.2瓦，因此，鞋内部署的纳米摩擦发电机在长时间地走路过程中可以产生大量的电能，从而完全可以满足用户的充电需求。

本领域技术人员可以理解，虽然上述说明中，为便于理解，对方法的步骤采用了顺序性描述，但是应当指出，对于上述步骤的顺序并不作严格限制。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

还可以理解的是，附图或实施例中所示的装置结构仅仅是示意性的，表示逻辑结构。其中作为分离部件显示的模块可能是或者可能不是物理上分开的，作为模块显示的部件可能是或者可能不是物理模块。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (18)

1.一种发电鞋，其特征在于，包括：

设置在所述发电鞋的鞋底部位的纳米摩擦发电机，用于将机械能转化为电能；以及

与所述纳米摩擦发电机相连的蓄电装置，用于对所述纳米摩擦发电机产生的电能进行存储；

其中，所述纳米摩擦发电机包括：依次层叠设置的第一电极层，高分子聚合物层，以及摩擦电极层；高分子聚合物层的相对摩擦电极层的面上设有多个纳米孔；所述第一电极层和摩擦电极层为摩擦发电机的电压和电流输出电极。

2.如权利要求1所述的发电鞋，其特征在于，所述蓄电装置包括：

与所述纳米摩擦发电机的输出端相连的降压变压器；与所述降压变压器相连的交直流转换器；与所述交直流转换器相连的储能元件；以及与所述储能元件相连的升压变压器。

3.如权利要求2所述的发电鞋，其特征在于，所述蓄电装置进一步包括：充电接口，其一端与所述升压变压器的输出端相连，另一端用于连接外部电器并为所述外部电器供电。

4.如权利要求1所述的发电鞋，其特征在于，所述蓄电装置包括：无线发射器和无线接收存储器，其中，所述无线发射器用于将纳米摩擦发电机产生的电能传输给无线接收存储器，所述无线接收存储器用于接收并存储所述无线发射器传输的电能。

5.如权利要求4所述的发电鞋，其特征在于，所述无线发射器包括：

与所述纳米摩擦发电机的输出端相连的调制器；与所述调制器相连的放大电路；与所述放大电路相连的升压变压器；以及与所述升压变压器相连的发射线圈或发射天线，

所述无线接收存储器包括：

接收线圈或接收天线；与所述接收线圈或接收天线相连的降压变压器；与所述降压变压器相连的解调器；与所述解调器相连的交直流转换器；与所述交直流转换器相连的储能元件；以及与所述储能元件相连的升压变压器。

6.如权利要求5所述的发电鞋，其特征在于，所述无线接收存储器进一步包括：

充电接口，其一端与所述升压变压器的输出端相连，另一端用于连接外部电器并为所述外部电器供电。

7.如权利要求1所述的发电鞋，其特征在于，所述纳米摩擦发电机为多个并联连接的纳米摩擦发电机，其中，所述多个并联连接的纳米摩擦发电机通过平铺方式或层叠方式设置。

8.根据权利要求1所述的发电鞋，其特征在于，所述高分子聚合物层所用材料是聚偏氟乙烯。

9.根据权利要求8所述的发电鞋，其特征在于，所述高分子聚合物层表面上设置的纳米孔宽度为10-100nm以及深度为4-50μm。

10.根据权利要求1所述的发电鞋，其特征在于，所述摩擦电极层所用材料为金属，厚度为0.05-0.2mm。

11.根据权利要求10所述的发电鞋，其特征在于，其中金属是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、锡、铁、锰、钼、钨、钒、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。

12.根据权利要求10所述的发电鞋，其特征在于，所述摩擦电极层所用材料为铜或铝。

13.根据权利要求1-12任一项所述的发电鞋，其特征在于，所述摩擦电极层包括层叠设置的摩擦薄膜层和第二电极层，所述摩擦薄膜层相对高分子聚合物层设置。

14.根据权利要求13所述的发电鞋，其特征在于，所述摩擦薄膜层所用材料是纤维薄膜或聚氯乙烯；所述第二电极层所用材料选自铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜或金属。

15.根据权利要求14所述的发电鞋，其特征在于，所述摩擦薄膜层所用材料是铜版纸或牛皮纸；当所述第二电极层所用材料为金属时，所述金属是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、锡、铁、锰、钼、钨、钒、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。

16.根据权利要求1所述的发电鞋，其特征在于，所述摩擦电极层和高分子聚合物层中的至少一个向外拱起形成凸面，使得摩擦电极层与高分子聚合物层之间形成间隙。

17.根据权利要求1所述的发电鞋，其特征在于，所述第一电极层所用材料是铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜或金属。

18.根据权利要求17所述的发电鞋，其特征在于，其中金属是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、锡、铁、锰、钼、钨、钒、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。