CN104167950A - 摩擦发电机 - Google Patents

Abstract

一种摩擦发电机，包括依次层叠设置的第一电极层、第一高分子聚合物绝缘层和第二电极层；其中，所述第一高分子聚合物绝缘层和第二电极层之间设有支撑部，所述支撑部包括氧化锌纳米线阵列和包覆氧化锌纳米线阵列的保护层；第一电极层和第二电极层分别是摩擦发电机的电压或电流的两个输出端。本发明的摩擦发电机由于采用保护层（PMMA）包覆的氧化锌纳米线阵列作为支撑部，从而在摩擦面之间形成了一个分离空间，能够实现摩擦层基本分离的效果。

Description

摩擦发电机

技术领域

本发明涉及一种摩擦发电机，尤其是涉及一种设有分离支撑部的摩擦发电机。

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。

本申请人已经研制出摩擦发电机，其依靠内部摩擦起电电势的变化以及两侧金属极板的诱导效应产生电能，是一种以新颖的原理和方法为基础的新型发电机。该发电机能够在较低成本、较少原材料和加工工序的条件下实现，具有低成本、高性能、不污染环境等优势。该发电机应用广泛，能够从人类活动、交通运输、海浪波动、风力驱动、机械振动等众多活动中获得能量。另外，其还可以为个人电子产品、环境监控、医学科学等提供电能，因此具有巨大的商业价值和社会效益。

但是，根据摩擦发电机的工作原理，在发电机工作的过程中，高分子聚合物与金属电极之间，或者高分子聚合物之间构成摩擦面，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，需要对发电机的结构进行改进，使两个摩擦面能够很好的接触与分离。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有摩擦发电机一直处于接触状态或分离状态，输出性能受影响的缺陷，提供一种摩擦发电机，采用保护层包覆的垂直生长于摩擦层表面上的氧化锌纳米线阵列作为分离支撑部，克服了上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明提供的第一技术方案是，一种摩擦发电机，包括依次层叠设置的第一电极层、第一高分子聚合物绝缘层和第二电极层，其中所述第一高分子聚合物绝缘层和第二电极层之间设有支撑部，所述支撑部包括氧化锌纳米线阵列和包覆氧化锌纳米线阵列的保护层，第一电极层和第二电极层分别是摩擦发电机的电压或电流的两个输出端。

前述的摩擦发电机，所述摩擦电极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；所述氧化锌纳米线阵列垂直生长在第一高分子聚合物绝缘层和第二电极层相对表面的任一表面上。

前述的摩擦发电机，第一高分子聚合物绝缘层表面与第二电极层相对表面的至少一个表面上设置有微纳凹凸结构，所述第一高分子聚合物绝缘层表面上设置的微纳凹凸结构为凸起高度50nm-300nm的纳米凹凸结构；所述第二电极层表面上设置的微纳凹凸结构为凸起高度300nm-1μm的微纳凹凸结构。

前述的摩擦发电机，所述摩擦发电机在第一高分子聚合物绝缘层和第二电极层之间设置有第二高分子聚合物绝缘层，所述支撑部设置于第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层之间，所述氧化锌纳米线阵列垂直生长在第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层相对表面的任一表面上；第一电极层和第二电极层分别是摩擦发电机的电压或电流的两个输出端。

前述的摩擦发电机，第一高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层相对表面的至少一个表面上设置有微纳凹凸结构，所述微纳凹凸结构为凸起高度50nm-300nm的纳米凹凸结构。

前述的摩擦发电机，所述摩擦发电机进一步包括居间薄膜层，该居间薄膜层设置于第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层之间，所述第一高分子聚合物绝缘层和居间薄膜层之间，和/或居间薄膜层与第二高分子聚合物绝缘层之间设有支撑部，氧化锌纳米线阵列垂直生长在第一高分子聚合物绝缘层和居间薄膜层相对表面的任一表面上，和/或第二高分子聚合物绝缘层和居间薄膜层相对表面的任一表面上。

前述的摩擦发电机，第一高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层相对表面的至少一个表面上，和/或第二高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层相对表面的至少一个表面上，设置有微纳凹凸结构，所述微纳凹凸结构为凸起高度50nm-300nm的纳米凹凸结构。

前述的摩擦发电机，所述居间薄膜层所用材料与第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层所用材料不同，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、聚丙烯酸酯聚合物薄膜、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和聚乙烯丙二酚碳酸盐中的任意一种。

前述的摩擦发电机，所述第一高分子聚合物绝缘层和/或第二高分子聚合物绝缘层所用材料分别独立的选自聚酰亚胺薄膜、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、聚丙烯酸酯聚合物薄膜、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和聚乙烯丙二酚碳酸盐中的任意一种。

前述的摩擦发电机，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、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。

前述的摩擦发电机，所述第一电极层所用材料选自铟锡氧化物、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。前述的摩擦发电机，所述保护层所用材料是聚甲基丙烯酸甲酯。

前述的摩擦发电机，所述支撑部的高度是20-500μm。优选的，其宽度是0.5-2mm；长度是0.5mm-3cm。

前述的摩擦发电机，所述支撑部排列方式为形状为井字，叉字，斑马的，十字的或口字的阵列排列。

为了解决上述技术问题，本发明提供的第二技术方案是，一种摩擦发电机，所述摩擦发电机包括依次层叠设置的第一电极层，第一高分子聚合物绝缘层，摩擦电极层，第二高分子聚合物绝缘层和第二电极层；其中所述第一高分子聚合物绝缘层和摩擦电极层之间，和/或第二高分子聚合物绝缘层和摩擦电极层之间设有支撑部，所述支撑部包括氧化锌纳米线阵列和包覆氧化锌纳米线阵列的保护层，所述氧化锌纳米线阵列垂直生长在高分子聚合物层和摩擦电极层相对表面的任一表面上；所述第一电极层和第二电极层为摩擦发电机电压或电流的一个输出端；所述摩擦电极层为摩擦发电机电压或电流的另一个输出端。

前述的摩擦发电机，第一高分子聚合物绝缘层与摩擦电极层相对表面的至少一个表面上，和/或第二高分子聚合物绝缘层与摩擦电极层相对表面的至少一个表面上设置有微纳凹凸结构，所述高分子聚合物层表面上设置的微纳凹凸结构为凸起高度50nm-300nm的纳米凹凸结构；所述摩擦电极层表面上设置的微纳凹凸结构为凸起高度300nm-1μm的微纳凹凸结构。

前述的摩擦发电机，所述摩擦电极层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。

前述的摩擦发电机，所述第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层所用材料分别独立的选自聚酰亚胺薄膜、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、聚丙烯酸酯聚合物薄膜、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和聚乙烯丙二酚碳酸盐中的任意一种。

前述的摩擦发电机，所述第一电极层和第二电极层所用材料选自铟锡氧化物、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。

前述的摩擦发电机，所述保护层所用材料是聚甲基丙烯酸甲酯。

前述的摩擦发电机，所述支撑部的高度是20-500μm。优选的，其宽度是0.5-2mm；长度是0.5mm-3cm。

前述的摩擦发电机，所述支撑部排列方式为形状为井字，叉字，斑马的，十字的或口字的阵列排列。

本发明的摩擦发电机在高分子聚合物层与金属电极层之间，或者高分子聚合物层之间构成摩擦层界面，由于采用保护层（PMMA）包覆的氧化锌纳米线阵列作为支撑部，从而在两摩擦层之间形成了一个分离空间，能够实现摩擦层基本分离的效果。另外，由于保护层（PMMA）包覆的氧化锌纳米线阵列的支撑部弹性性能较好，使得两摩擦层接触之后能较快分离，迅速提升电势差，进而驱动外部电流流动，提高了电流的输出。再者，由于保护层（PMMA）包覆于氧化锌纳米线阵列的外部，从而避免了氧化锌纳米线阵列溶解或者摩擦损坏等情况的出现。最后，氧化锌纳米线具有压电性能，在挤压摩擦的情况下可以产生一定的压电电能，氧化锌纳米线产生的压电电能与摩擦发电机产生的摩擦电能叠加在一起，使本发明的摩擦发电机输出的电能更高，性能更好。

附图说明

图1为本发明摩擦发电机一种具体实施方式的立体结构示意图。

图2为本发明图1摩擦发电机的剖面示意图。

图3为本发明摩擦发电机另一种具体实施方式的立体结构示意图。

图4为本发明图3摩擦发电机的剖面示意图。

图5为本发明摩擦发电机另一种具体实施方式的立体结构示意图。

图6为本发明图5摩擦发电机的剖面示意图。

图7为本发明摩擦发电机另一种具体实施方式的立体结构示意图。

图8为本发明图7摩擦发电机的剖面示意图。

图9为本发明支撑部其他设置方式立体结构示意图。

图10为本发明图9中支撑部设置方式剖面示意图。

图11为本发明支撑部其他设置方式示意图。

图12为本发明支撑部其他设置方式示意图。

图13为本发明支撑部其他设置方式示意图。

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。

本发明是一种摩擦发电机，保护层（PMMA）包覆的氧化锌纳米线阵列作为支撑部，从而在两摩擦层之间形成了一个分离空间，能够实现摩擦层基本分离的效果。

如图1和图2所示，一种摩擦发电机1包括依次层叠设置的第一电极层11、第一高分子聚合物绝缘层12和第二电极层13，其中所述第一高分子聚合物绝缘层12和第二电极层13之间设有支撑部14，所述支撑部14包括氧化锌纳米线阵列141和包覆氧化锌纳米线阵列的保护层142。所述氧化锌纳米线阵列141垂直生长在第一高分子聚合物绝缘层12和第二电极层13相对表面的任一表面上；第一电极层11和第二电极层13是摩擦发电机的电压或电流的输出端。

如图2所示，在本发明的一个具体实施方式中，第二电极层13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。具体的，摩擦发电机1包括：第一电极层11、第一高分子聚合物绝缘层12、第二电极层13以及支撑部14；第一电极层11设置在第一高分子聚合物绝缘层12的第一侧表面，在第一高分子聚合物绝缘层12的第二侧表面上设置有支撑部14，所述支撑部14包括垂直生长在第一高分子聚合物绝缘层12表面的氧化锌纳米线阵列141和包覆氧化锌纳米线阵列的保护层142（采用聚甲基丙烯酸甲酯）。设置有支撑部14的第一高分子聚合物绝缘层12表面与第二电极层13表面正对层叠设置（例如采用双面胶，万能胶，聚苯醚、聚烯烃等热塑性工程塑料等等将边缘进行粘接），组成摩擦发电机1。第一电极层11和第二电极层13作为摩擦发电机1的电压或电流的输出端。

设置有支撑部14的第一高分子聚合物绝缘层12表面与第二电极层13表面至少有一个表面设置有微纳凹凸结构（图未示），所述高分子聚合物层表面上设置的微纳凹凸结构为凸起高度50nm-300nm的纳米凹凸结构；所述第二电极层13表面上设置的微纳凹凸结构为凸起高度300nm-1μm的微纳凹凸结构。优选地，第二电极层13的表面设置微纳凹凸结构（图未示）。

另外，氧化锌纳米线也可以生长在第二电极层13上，以形成支撑部14，这样优选微纳凹凸结构设置在第一高分子聚合物绝缘层12上。微纳凹凸结构与支撑部14分别设置在不同的层面上，便于制造。

第一电极层11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、石墨烯电极、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、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。

第一高分子聚合物绝缘层12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、聚丙烯酸酯聚合物薄膜、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和聚乙烯丙二酚碳酸盐中的任意一种。

如图3和图4所示，在本发明的一个具体实施方式中，摩擦发电机1在第一高分子聚合物绝缘层12和第二电极层13之间设置有第二高分子聚合物绝缘层15具体的，摩擦发电机1包括：第一电极层11、第一高分子聚合物绝缘层12、第二高分子聚合物绝缘层15、第二电极层13以及支撑部14；第一电极层11设置在第一高分子聚合物绝缘层12的第一侧表面，第二电极层13设置在第二高分子聚合物绝缘层15的第一侧表面，在第二高分子聚合物绝缘层15的第二侧表面上设置有支撑部14，所述支撑部包括垂直生长在第二高分子聚合物绝缘层15表面的氧化锌纳米线阵列141和包覆氧化锌纳米线阵列的保护层（聚甲基丙烯酸甲酯）142。设置有支撑部14的第二高分子聚合物绝缘层15的表面与第一高分子聚合物绝缘层12的第二侧表面正对层叠放置，组成摩擦发电机1。第一电极层11和第二电极层13作为摩擦发电机1的电压或电流的输出端。

设置有支撑部14的第二高分子聚合物绝缘层15表面与第一高分子聚合物绝缘层12第二侧表面至少有一个表面设置有微纳凹凸结构（图未示），所述高分子聚合物层表面上设置的微纳凹凸结构为凸起高度50nm-300nm的纳米凹凸结构。优选地，第一高分子聚合物绝缘层12的第二侧表面设置微纳凹凸结构。

另外，氧化锌纳米线也可以生长在第一高分子聚合物绝缘层12上，以形成支撑部14，这样优选微纳凹凸结构设置在第二高分子聚合物绝缘层15上。微纳凹凸结构与支撑部14分别设置在不同的层面上，便于制造。

第一电极层11和第二电极层13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、石墨烯电极、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、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。

第一高分子聚合物绝缘层12和第二高分子聚合物绝缘层15所用材料优选不同，分别独立的选自聚酰亚胺薄膜、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、聚丙烯酸酯聚合物薄膜、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和聚乙烯丙二酚碳酸盐中的任意一种。

如图5和图6所示，在一个具体实施方式中，摩擦发电机1还可以进一步包括居间薄膜层16，该居间薄膜层16设置于第一高分子聚合物绝缘层12和第二高分子聚合物绝缘层15之间，所述第一高分子聚合物绝缘层12和居间薄膜层16之间，和/或居间薄膜层16与第二高分子聚合物绝缘层15之间设有支撑部14。具体的，摩擦发电机1包括第一电极层11、第一高分子聚合物绝缘层12、居间薄膜层16、第二高分子聚合物绝缘层15、第二电极层13以及支撑部14；第一电极层11设置在第一高分子聚合物绝缘层12的第一侧表面，第二电极层13设置在第二高分子聚合物绝缘层15的第一侧表面，居间薄膜层16设置在第一高分子聚合物绝缘层12与第二高分子聚合物绝缘层15之间，且第一高分子聚合物绝缘层12和居间薄膜层16相对表面中的至少一个表面，和/或居间薄膜层16与第二高分子聚合物绝缘层15相对表面中的至少一个表面设置有支撑部14；支撑部14包括氧化锌纳米线阵列141和包覆氧化锌纳米线阵列的保护层（聚甲基丙烯酸甲酯）142。居间薄膜层16分别与第一高分子聚合物绝缘层12的第二侧表面和第二高分子聚合物绝缘层15的第二侧表面层叠设置，组成摩擦发电机1。第一电极层11和第二电极层13作为摩擦发电机1的电压或电流的输出端。氧化锌纳米线阵列141垂直生长在第一高分子聚合物绝缘层12和居间薄膜层16相对表面的任一表面上，和/或第二高分子聚合物绝缘层15和居间薄膜层16相对表面的任一表面上。

第一高分子聚合物绝缘层12与居间薄膜层16相对表面的至少一个表面上，和/或第二高分子聚合物绝缘层15与居间薄膜层16相对表面的至少一个表面上，设置有微纳凹凸结构（图未示），所述微纳凹凸结构为凸起高度50nm-300nm的纳米凹凸结构。优选地，微纳凹凸结构与支撑部14分别设置在不同的层面上，便于制造。

第一电极层11和第二电极层13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、石墨烯电极、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、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。

第一高分子聚合物绝缘层12和第二高分子聚合物绝缘层15所用材料分别独立的选自聚酰亚胺薄膜、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、聚丙烯酸酯聚合物薄膜、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和聚乙烯丙二酚碳酸盐中的任意一种。

居间薄膜层16所用材料与第一高分子聚合物绝缘层12和第二高分子聚合物绝缘层15所用材料不同，可以为聚酰亚胺薄膜、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、聚丙烯酸酯聚合物薄膜、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和聚乙烯丙二酚碳酸盐中的任意一种。

如图7和图8所示，另一种摩擦发电机2，包括依次层叠设置的第一电极层21，第一高分子聚合物绝缘层22，摩擦电极层23，第二高分子聚合物绝缘层24和第二电极层25；其中所述第一高分子聚合物绝缘层22和摩擦电极层23之间，和/或第二高分子聚合物绝缘层24和摩擦电极层23之间设有支撑部26，所述支撑部26包括氧化锌纳米线阵列261和包覆氧化锌纳米线阵列的保护层262，所述氧化锌纳米线阵列垂直生长在高分子聚合物层和摩擦电极层相对表面的任一表面上；所述第一电极层21和第二电极层25连接一起为摩擦发电机2电压或电流的一个输出端；所述摩擦电极23为摩擦发电机2电压或电流的另一个输出端。第一高分子聚合物绝缘层22与摩擦电极层23相对表面的至少一个表面上，以及第二高分子聚合物绝缘层24与摩擦电极层23相对表面的至少一个表面上设置有微纳凹凸结构（图未示），所述高分子聚合物层表面上设置的微纳凹凸结构为凸起高度50nm-300nm的纳米凹凸结构；所述摩擦电极层23表面上设置的微纳凹凸结构为凸起高度300nm-1μm的微纳凹凸结构。

在一个具体实施方式中，摩擦发电机2包括：第一电极层21、第一高分子聚合物绝缘层22、摩擦电极层23、第二高分子聚合物绝缘层24、第二电极层25以及支撑部26；第一电极层21设置在第一聚合物层22的第一侧表面，第二电极层25设置在第二高分子聚合物绝缘层24的第一侧表面，摩擦电极层23设置在第一高分子聚合物绝缘层22与第二高分子聚合物绝缘层24之间，在第一高分子聚合物绝缘层22的第二侧表面和第二高分子聚合物绝缘层24的第二侧表面上至少一个表面设置有支撑部26，所述支撑部26包括氧化锌纳米线阵列261和包覆氧化锌纳米线阵列的保护层（聚甲基丙烯酸甲酯）262。第一高分子聚合物绝缘层22的第二侧表面与摩擦电极层23的第一侧表面层叠放置，和第二高分子聚合物绝缘层24的第二侧表面与摩擦电极层23的第二侧表面层叠放置，组成摩擦发电机2。第一电极层21和第二电极层25连接一起作为摩擦发电机2的一个电压或电流的输出端，摩擦电极层23作为摩擦发电机2的另一个电压或电流的输出端。

第一高分子聚合物绝缘层22的第二侧表面与摩擦电极层23的第一侧表面相对设置的两个表面中至少一个表面设置有微纳凹凸结构（图未示），第二高分子聚合物绝缘层24的第二侧表面与摩擦电极层23的第二侧表面相对设置的两个表面中至少一个表面设置有微纳凹凸结构（图未示）。所述高分子聚合物层表面上设置的微纳凹凸结构为凸起高度50nm-300nm的纳米凹凸结构；所述摩擦电极层23表面上设置的微纳凹凸结构为凸起高度300nm-1μm的纳米凹凸结构。优选地，微纳凹凸结构与支撑部26分别设置在不同的层面上，便于制造。

摩擦电极层23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。

第一高分子聚合物绝缘层22和第二高分子聚合物绝缘层24所用材料分别独立的选自聚酰亚胺薄膜、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、聚丙烯酸酯聚合物薄膜、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和聚乙烯丙二酚碳酸盐中的任意一种。

第一电极层21和第二电极层25所用材料选自铟锡氧化物、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。

本发明的摩擦发电机由于采用保护层（PMMA）包覆的氧化锌纳米线阵列作为支撑部，从而在两摩擦层之间形成了一个分离空间，能够实现摩擦层基本分离的效果。

由于保护层（PMMA）包覆的氧化锌纳米线阵列的支撑部弹性性能较好，使得两摩擦层接触之后能较快分离，迅速提升电势差，进而驱动外部电流流动，提高了电流的输出。

由于保护层（PMMA）包覆于氧化锌纳米线阵列的外部，从而避免了氧化锌纳米线阵列溶解或者摩擦损坏等情况的出现。另外，氧化锌纳米线具有压电性能，在挤压摩擦的情况下可以产生一定的压电电能，氧化锌纳米线产生的压电电能与摩擦发电机产生的摩擦电能叠加在一起，使本发明的摩擦发电机输出的电能更高，性能更好。

在下文中，以图3和图4所示结构的摩擦发电机为例详细说明本发明支撑部的设置位置。本领域技术人员很容易将下述这些设置关系应用到本发明提及的其他结构的摩擦发电机中。

支撑部优选但是不限于呈圆柱体，四棱柱体设置在第一高分子聚合物绝缘层或第二高分子聚合物绝缘层的两侧边缘位置，起到支撑作用的同时，又很少减少摩擦面积。支撑部的高度是20-500μm。优选的，其宽度是0.5-2mm；长度是0.5mm-3cm。支撑部排列方式优选阵列排列，形状不限，例如为井字，叉字，斑马的，十字的或口字形状的阵列排列。

如图9和图10所示，当摩擦发电机的面积很大时，可以平行并列设置多个条型支撑部，起到一个规则支撑的作用，同时又好制作。

支撑部还可以设置在高分子聚合物层的四个端角（如图11所示），设置在高分子聚合物层的四周边缘（如图12所示）以及平行阵列设置在高分子聚合物层上（如图13所示）。

下面详细说明本发明支撑部的制备方法。

a.在高分子聚合物层、或金属或合金层上光刻出氧化锌生长所设计的区域

在高分子聚合物层上设置光阻材料层，然后光刻高分子聚合物层表面，在高分子聚合物层表面形成所设计的氧化锌纳米线生长区域。本发明对所用光阻材料没有特殊要求，常规用于基板光刻蚀的光阻材料均可应用于本发明，例如包括5-60质量百分比感光树脂（例如环氧树脂改性物），5-50质量百分比的反应性稀释剂（例如聚乙二醇二甲基丙烯酸酯），0.1-15质量百分比的光引发剂。本领域技术人员根据该步骤，很容易完成在金属或合金层上光刻出氧化锌生长所设计的区域。

在设置光阻材料层前，采用常规喷射溅镀在高分子聚合物层、或金属或合金层的一个面上生成一个厚度30-50nm的氧化锌种子层。

高分子聚合物层上设置光阻材料层前，将电极层设置在高分子聚合物层上，所用方法是本领域常规技术方法，例如利用射频溅镀，将金、铂、钛或镍钛等金属或合金中的任意一种射频溅镀到高分子聚合物层上。

b.在光刻出氧化锌生长的区域内垂直生长氧化锌

在光刻的生长区域中，采用湿化学法生长氧化锌纳米线阵列，使氧化锌纳米线阵列只生长在暴露的高分子聚合物层表面。本发明采用常规湿化学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，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：Yamato DKN400，加利福尼亚，圣克拉拉）中生长，用去离子水冲洗并在空气中干燥，得到氧化锌纳米线阵列。

c.在氧化锌纳米线阵列层的表面覆盖保护层

通过旋涂法将保护层覆盖于氧化锌纳米线阵列上。

d.剥落光阻材料形成支撑部。

本发明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。下面详细说明微纳凹凸结构的一种制备方法。

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。

当本发明的摩擦发电机的各层向下弯曲时，由于存在的微纳凹凸结构，摩擦发电机中的高分子聚合物绝缘层与金属电极层之间，或者高分子聚合物绝缘层之间相互摩擦产生静电荷，静电荷的产生会使第一电极层和第二电极层之间，或者第一电极层和第二电极层分别与摩擦电极层之间的电容发生改变，从而导致第一电极层和第二电极层之间，或者第一电极层和第二电极层分别与摩擦电极层之间出现电势差。由于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。

本发明的摩擦发电机由于采用保护层包覆的氧化锌纳米线阵列作为支撑部，从而在两摩擦层之间形成了一个分离空间，能够实现摩擦层基本分离的效果。两摩擦层接触之后能较快分离，迅速提升电势差，进而驱动外部电流流动，提高了电流的输出。

氧化锌纳米线具有压电性能，在挤压摩擦的情况下可以产生一定的压电电能，氧化锌纳米线产生的压电电能与摩擦发电机产生的摩擦电能叠加在一起，使本发明的摩擦发电机输出的电能更高，性能更好。

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，这不应被理解为对本发明权利要求范围的限制。

实施例1

如图1和2所示，本实施例摩擦发电机尺寸为3cm×3cm，总厚度大约是500μm左右。该摩擦发电机第一电极层11、第一高分子聚合物绝缘层12、第二电极层13以及支撑部14，第一电极层11和第二电极层13作为摩擦发电机1的电压或电流的输出端。

采用聚酰亚胺薄膜（Kapton，厚度100um）杜邦500HN）作为第一高分子聚合物绝缘层12。第一高分子聚合物绝缘层12的一个表面上镀厚度100nm的金薄膜，该金薄膜即为第一电极层11。第一高分子聚合物绝缘层12的另一个表面上的两侧设有两条条型的支撑部14（高度500μm，宽度0.5mm，长度是3cm），支撑部14包括垂直生长在第一高分子聚合物绝缘层12表面的氧化锌纳米线阵列141和包覆氧化锌纳米线阵列的保护层142（采用聚甲基丙烯酸甲酯）。

采用厚度50μm的铜箔作为第二电极层13，该铜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350-500nm范围内的微纳凹凸结构。

第二电极层13带有微纳凹凸结构的面朝向第一高分子聚合物绝缘层12的具有支撑部14的表面，将第二电极层13叠放到第一高分子聚合物绝缘层12上，得到摩擦发电机样品1#。该摩擦发电机的边缘用普通胶布密封。

摩擦发电机样品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样品1#发生周期的弯曲和释放，摩擦发电机样品1#的最大输出电压和电流信号分别达到了12V和2μA。

实施例2

如图3和图4所示，本实施例摩擦发电机尺寸为3cm×3cm，总厚度大约是600μm。该摩擦发电机包括第一电极层11、第一高分子聚合物绝缘层12、第二高分子聚合物绝缘层15、第二电极层13以及支撑部14。第一电极层11和第二电极层13作为摩擦发电机1的电压或电流的输出端。

采用聚酰亚胺薄膜（厚度100um）作为第一高分子聚合物绝缘层12。在其一个表面上设置凸起高度150nm的微纳凹凸结构，另一个表面上镀厚度100nm的铝薄膜，该铝薄膜即为第一电极层11。

采用聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜（厚度100um）作为第二高分子聚合物绝缘层15。在其一个表面上设置支撑部14，另一个表面上镀厚度100nm的铝薄膜，该铝薄膜即为第二电极层13。支撑部14如图11所示，设置在第二高分子聚合物绝缘层15的四个角，其尺寸为高度250μm的2mm×2mm的小正方形。支撑部14包括垂直生长在第二高分子聚合物绝缘层15表面的氧化锌纳米线阵列141和包覆氧化锌纳米线阵列的保护层142（采用聚甲基丙烯酸甲酯）。

第一高分子聚合物绝缘层12带有微纳凹凸结构的面朝向第二高分子聚合物绝缘层15的具有支撑部14的表面，将第一高分子聚合物绝缘层12叠放到第二高分子聚合物绝缘层15上，得到摩擦发电机样品2#。该摩擦发电机的边缘用普通胶布密封。

摩擦发电机样品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样品2#发生周期的弯曲和释放，摩擦发电机样品2#的最大输出电压和电流信号分别达到了18V和3-4μA。

实施例3

如图5和图6所示，本实施例摩擦发电机尺寸为3cm×3cm，总厚度大约是700μm左右。该摩擦发电机包括第一电极层11、第一高分子聚合物绝缘层12、居间薄膜层16、第二高分子聚合物绝缘层15、第二电极层13以及支撑部14。第一电极层11和第二电极层13作为摩擦发电机1的电压或电流的输出端。

采用聚酰亚胺薄膜（厚度100um左右）作为第一高分子聚合物绝缘层12和第二高分子聚合物绝缘层15。第一高分子聚合物绝缘层12和第二高分子聚合物绝缘层15分别在一个表面上设置凸起高度150nm的微纳凹凸结构，另一个表面上镀厚度100nm的铝薄膜，该铝薄膜即为第一电极层11和第二电极层13。

采用聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜（厚度100um左右）作为居间薄膜层16，在居间薄膜层16的一个表面上设置支撑部14。支撑部14如图12所示，设置在第二高分子聚合物绝缘层15的四周，其尺寸为高度20μm的2mm×2mm的小正方形。支撑部14包括垂直生长在居间薄膜层16表面的氧化锌纳米线阵列141和包覆氧化锌纳米线阵列的保护层142（采用聚甲基丙烯酸甲酯）。

居间薄膜层16叠放到第一高分子聚合物绝缘层12的具有微纳凹凸结构的表面上，然后第二高分子聚合物绝缘层15的具有微纳凹凸结构面朝向居间薄膜层16，叠放到居间薄膜层16上，得到摩擦发电机样品3#。该摩擦发电机的边缘用普通胶布密封。

摩擦发电机样品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样品3#发生周期的弯曲和释放，摩擦发电机样品3#的最大输出电压和电流信号分别达到了20V和4μA。

实施例4

如图7和图8所示，本实施例摩擦发电机尺寸为3cm×3cm，总厚度大约是1000μm。该摩擦发电机包括第一电极层21，第一高分子聚合物绝缘层22，摩擦电极层23，第二高分子聚合物绝缘层24，第二电极层25和支撑部26。第一电极层21和第二电极层25为摩擦发电机2电压或电流的一个输出端；所述摩擦电极23为摩擦发电机2电压或电流的另一个输出端。

采用聚酰亚胺薄膜（厚度100um左右）作为第一高分子聚合物绝缘层22和第二高分子聚合物绝缘层24。第一高分子聚合物绝缘层22和第二高分子聚合物绝缘层24分别在一个表面上设置支撑部26，另一个表面上镀厚度100nm的铝薄膜，该铝薄膜即为第一电极层21和第二电极层25。支撑部26呈条型设置在高分子聚合物层的两侧，其尺寸为高度250μm的3cm×2mm的长方条形。支撑部26包括垂直生长在第一高分子聚合物绝缘层22和第二高分子聚合物绝缘层24表面的氧化锌纳米线阵列261和包覆氧化锌纳米线阵列的保护层262（采用聚甲基丙烯酸甲酯）。

采用厚度100μm的铜箔作为摩擦电极23，该铜箔的两个表面采用细砂纸打磨的方法分别设置不规则的凸起高度在350-500nm范围内的微纳凹凸结构。

摩擦电极23叠放到第一高分子聚合物绝缘层22的具有支撑部26的表面上，然后第二高分子聚合物绝缘层24的具有支撑部26的面朝向摩擦电极23，叠放到摩擦电极23上，得到摩擦发电机样品4#。该摩擦发电机的边缘用普通胶布密封。

摩擦发电机样品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样品4#发生周期的弯曲和释放，摩擦发电机样品4#的最大输出电压和电流信号分别达到了20V和4μA

本发明的摩擦发电机可以应用到各种自驱动系统如触摸屏，电子显示器，以及其它个人电子产品中具有潜在的应用价值领域中，其具有生产成本低、发电效率高的效果。

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 (22)

1.一种摩擦发电机，其特征在于，包括依次层叠设置的第一电极层、第一高分子聚合物绝缘层和第二电极层；

其中，所述第一高分子聚合物绝缘层和第二电极层之间设有支撑部，所述支撑部包括氧化锌纳米线阵列和包覆氧化锌纳米线阵列的保护层；

第一电极层和第二电极层分别是摩擦发电机的电压或电流的两个输出端。

2.根据权利要求1所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第二电极层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，所述氧化锌纳米线阵列垂直生长在第一高分子聚合物绝缘层和第二电极层相对表面的任一表面上。

3.根据权利要求2所述的摩擦发电机，其特征在于，第一高分子聚合物绝缘层与第二电极层相对表面的至少一个表面上设置有微纳凹凸结构，所述第一高分子聚合物绝缘层表面上设置的微纳凹凸结构为凸起高度50nm-300nm的纳米凹凸结构；所述第二电极层表面上设置的微纳凹凸结构为凸起高度300nm-1μm的微纳凹凸结构。

4.根据权利要求1所述的摩擦发电机，其特征在于，所述摩擦发电机在第一高分子聚合物绝缘层和第二电极层之间设置有第二高分子聚合物绝缘层，所述支撑部设置于第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层之间，所述氧化锌纳米线阵列垂直生长在第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层相对表面的任一表面上；第一电极层和第二电极层分别是摩擦发电机的电压或电流的两个输出端。

5.根据权利要求4所述的摩擦发电机，其特征在于，第一高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层相对表面的至少一个表面上设置有微纳凹凸结构，所述微纳凹凸结构为凸起高度50nm-300nm的纳米凹凸结构。

6.根据权利要求4所述的摩擦发电机，其特征在于，所述摩擦发电机进一步包括居间薄膜层，该居间薄膜层设置于第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层之间；所述支撑部设于第一高分子聚合物绝缘层和居间薄膜层之间，和/或居间薄膜层与第二高分子聚合物绝缘层之间；所述氧化锌纳米线阵列垂直生长在第一高分子聚合物绝缘层和居间薄膜层相对表面的任一表面上，和/或第二高分子聚合物绝缘层和居间薄膜层相对表面的任一表面上。

7.根据权利要求6所述的摩擦发电机，其特征在于，第一高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层相对表面的至少一个表面上，和/或第二高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层相对表面的至少一个表面上，设置有微纳凹凸结构，所述微纳凹凸结构为凸起高度50nm-300nm的纳米凹凸结构。

8.根据权利要求6所述的摩擦发电机，其特征在于，所述居间薄膜层所用材料与第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层所用材料不同，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、聚丙烯酸酯聚合物薄膜、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和聚乙烯丙二酚碳酸盐中的任意一种。

9.根据权利要求1-8任一项所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第一高分子聚合物绝缘层和/或第二高分子聚合物绝缘层所用材料分别独立的选自聚酰亚胺薄膜、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、聚丙烯酸酯聚合物薄膜、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和聚乙烯丙二酚碳酸盐中的任意一种。

10.根据权利要求4-9任一项所述的摩擦发电机，其特征在于，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、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。

11.根据权利要求1-10任一项所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第一电极层所用材料选自铟锡氧化物、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。

12.根据权利要求1-11任一项所述的摩擦发电机，其特征在于，所述保护层所用材料是聚甲基丙烯酸甲酯。

13.根据权利要求1-12任一项所述的摩擦发电机，其特征在于，所述支撑部的高度是20-500μm。

14.根据权利要求13所述的摩擦发电机，其特征在于，所述支撑部排列方式为形状为井字，叉字，斑马的，十字的或口字的阵列排列。

15.一种摩擦发电机，其特征在于，所述摩擦发电机包括依次层叠设置的第一电极层，第一高分子聚合物绝缘层，摩擦电极层，第二高分子聚合物绝缘层和第二电极层；

其中所述第一高分子聚合物绝缘层和摩擦电极层之间，和/或第二高分子聚合物绝缘层和摩擦电极层之间设有支撑部，所述支撑部包括氧化锌纳米线阵列和包覆氧化锌纳米线阵列的保护层，所述氧化锌纳米线阵列垂直生长在高分子聚合物层和摩擦电极层相对表面的任一表面上；

所述第一电极层和第二电极层为摩擦发电机电压或电流的一个输出端；所述摩擦电极层为摩擦发电机电压或电流的另一个输出端。

16.根据权利要求15所述的摩擦发电机，其特征在于，第一高分子聚合物绝缘层与摩擦电极层相对表面的至少一个表面上，和/或第二高分子聚合物绝缘层与摩擦电极层相对表面的至少一个表面上设置有微纳凹凸结构，所述高分子聚合物层表面上设置的微纳凹凸结构为凸起高度50nm-300nm的纳米凹凸结构；所述摩擦电极层表面上设置的微纳凹凸结构为凸起高度300nm-1μm的微纳凹凸结构。

17.根据权利要求15或16所述的摩擦发电机，其特征在于，所述摩擦电极层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。

18.根据权利要求15-17任一项所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层所用材料分别独立的选自聚酰亚胺薄膜、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、聚丙烯酸酯聚合物薄膜、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和聚乙烯丙二酚碳酸盐中的任意一种。

19.根据权利要求15-18任一项所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第一电极层和第二电极层所用材料选自铟锡氧化物、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。

20.根据权利要求15-19任一项所述的摩擦发电机，其特征在于，所述保护层所用材料是聚甲基丙烯酸甲酯。

21.根据权利要求15-20任一项所述的摩擦发电机，其特征在于，所述支撑部的高度是20-500μm。

22.根据权利要求21所述的摩擦发电机，其特征在于，所述支撑部排列方式为形状为井字，叉字，斑马的，十字的或口字的阵列排列。