CN104300828A - 一种摩擦发电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种摩擦发电机。其包括第一基板、第二基板，弹性部件，所述第一基板与第二基板相对设置，通过弹性部件支撑连接；在第一基板上与第二基板相对的方向依次设置有第一支撑材料层、第一电极层、第一高分子聚合物绝缘层；在第二基板上与第一基板相对的方向依次设置有第二支撑材料层、第二电极层、第二高分子聚合物绝缘层；其中所述第一支撑材料层和第二支撑材料层在垂直于基板方向的截面为锯齿状。本发明还提供包括两个或两个以上串联或并联的所述的摩擦发电机的摩擦发电机组。

Description

一种摩擦发电机

技术领域

本发明涉及纳米技术领域，尤其涉及一种摩擦发电的纳米发电机领域。

背景技术

采用纳米技术构建的能量收集和转换装置，在自供电纳米系统中起关键作用，由于其环保、节能、自驱动性质而日益受到广泛关注。随着王中林教授研究组研发的压电纳米发电机首次将机械能转换为电能以来，以压电和摩擦电为基础的不同结构和材料的纳米发电机相继问世。目前，纳米发电机已能够驱动小型液晶显示屏、低功率发光二极管以及微型电子器件和模块等，但是发电机的输出功率仍然是制约其发展和应用的关键因素。

因此，寻找能够高功率输出的纳米发电机成为业界目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种高功率输出的摩擦发电机及其制备方法。

具体来说，本发明通过如下技术方案解决上述技术问题的。

一种摩擦发电机，包括第一基板、第二基板，弹性部件，所述第一基板与第二基板相对设置，通过弹性部件支撑连接；在第一基板上与第二基板相对的方向依次设置有第一支撑材料层、第一电极层、第一高分子聚合物绝缘层；在第二基板上与第一基板相对的方向依次设置有第二支撑材料层、第二电极层、第二高分子聚合物绝缘层；其中所述第一支撑材料层和第二支撑材料层在垂直于基板方向的截面为锯齿状。

其中所述锯齿是三角形、长方形、正方形或梯形。

其中所述第一支撑材料层和第二支撑材料层在垂直于基板方向的截面为锯齿状，锯齿状为三角形或梯形时，第一支撑材料层的第一倾角大于第二支撑材料层的第二倾角。

其中所述第一支撑材料层硬度低于第二支撑材料层。

其中所述第一支撑材料层的的材料选自发泡材料或弹性材料，优选为海绵和/或泡沫。

其中所述第二支撑材料层的材料选自亚克力、玻璃、不锈钢、陶瓷或聚四氟乙烯中的任一种。

其中所述第一基板和第二基板选自亚克力、玻璃、不锈钢、陶瓷、高分子聚合物材料中的一种或几种，或其它具有力学刚性的材料。

所述第一电极层和第二电极层选自镀有铟锡金属氧化物的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）层，具有电传导性的金属或合金层、石墨烯涂层、银纳米线涂层、或其他透明导电膜中任一种。导电膜优选为铝掺杂锌氧化物（AZO）、氟掺杂锡氧化物（FTO）；优选的金属可以是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、锡、铁、锰、钼、钨或钒；优选的合金可以是铝合金、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。

其中所述第一高分子聚合物绝缘层材料或第二高分子聚合物绝缘层材料选自聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯、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一种,或掺杂氧化锌纳米线且具有微孔结构的聚偏氟乙烯中的任一种。

其中所述第二高分子聚合物绝缘层的组成材料优选人造纤维、聚酯纤维、或具有微孔结构的纤维中的任一种。

其中所述弹性部件为弹簧；优选弹簧选自金属、合金或弹性塑料材料中的任一种。

本发明的摩擦发电机还包含输出电极端，其分别连接到第一电极层或第二电极层。

本发明还提供一种摩擦发电机组，包括两个或两个以上串联或并联的所述的摩擦发电机。

本发明的有益效果如下：

本发明提供的具有锯齿状结构的摩擦发电机，其主要技术优势包括如下几个方面。

（1）现有的弹簧平面结构纳米发电机，其两个摩擦面的接触面积受到发电机尺寸的严格限制，而发电机摩擦面的接触面积直接决定了其输出功率，本发明提供的具有锯齿状结构的单层或多层摩擦发电机，具有更高的输出功率；

（2）本发明提供的发电机在相同外形尺寸情况下，具有更大的接触面积，从而能够输出更高功率。

（3）本发明提供的摩擦发电机，其在摩擦过程中耦合了两种不同的摩擦方式：与器件静电场方向垂直的摩擦方式、与器件静电场方向平行的摩擦方式。因此可以产生更大的输出功率。

（4）本发明的摩擦发电机相比传统的弹簧结构和叠层复合结构，其制备工序简单，结构具有更高的优越性。

与常规单层结构相比，输出功率有一定提高，相同大小的基板输出电流要高48微安以上。

附图说明

图1为本发明摩擦发电机的一种具体实施方式；

其中1-第一基板，2-第一支撑材料层，3-第一电极层，4-第一高分子聚合物绝缘层，5-第一倾角，6-第二基板，7-第二支撑材料层，8-第二电极层，9-第二高分子聚合物绝缘层，10-第二倾角，11-弹簧。

图2为本发明摩擦发电机的摩擦方向受力图解；

图3a和图3b为本发明摩擦发电机的另一种具体实施方式；

图4a和图4b为本发明摩擦发电机的另一种具体实施方式；

图5a和图5b为本发明摩擦发电机的另一种具体实施方式；

图6实施例1的摩擦发电机与对比例1的摩擦发电机的电流输出结果。

具体实施方式

为了充分说明本发明解决技术问题所实施使用的技术方案。下面对本发明做详细说明,但本发明的技术方案和保护范围并不仅仅限于此。

本发明提供了一种新的摩擦发电机，其是通过在基板设置不同形状的支撑材料的契合，从而使两层高分子聚合绝缘层之间进行较好地摩擦发电而产生高功率的电流。通过对基板施加一定的压力，如雨滴、脚踩等产生的压力，其能够使第一基板受到压力，第一支撑材料产生变形，由于两锯齿支撑材料的力学性能差异，柔软的第一锯齿材料屈服变形，两层高分子聚合物绝缘层紧密接触摩擦；从而使第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层接触进行摩擦产生电流，随着两层高分子聚合物绝缘层接触面积增大，摩擦力的增大，电流增大，最终可以输出较大的电流。

在一种优选的实施方式中，本发明所涉及的摩擦发电机，为一种具有锯齿状截面结构的发电机，其结构如图1。

一种摩擦发电机，包括第一基板（1）、第二基板（6），弹性部件（11），所述第一基板与第二基板相对设置，通过弹性部件支撑连接；在第一基板上与第二基板相对的方向依次设置有第一支撑材料层（2）、第一电极层（3）、第一高分子聚合物绝缘层（4）；在第二基板上与第一基板相对的方向依次设置有第二支撑材料层（7）、第二电极层（8）、第二高分子聚合物绝缘层（9），其中所述第一支撑材料层和第二支撑材料层在垂直于基板方向的截面为锯齿状，所述第一锯齿的角度为第一倾角（5），所述第二锯齿角度为第二倾角（10），其中，要求第一倾角大于第二倾角。其中所述第一支撑材料层和第二支撑材料层的在垂直于基板方向的截面为锯齿状，所述锯齿状是三角形、长方形、正方形或梯形。当截面为三角形时，可以是钝角三角形，直角三角形或锐角三角形，所述的支撑材料层形成的凸起（或凹陷）可以是阵列分布，也可以是条形分布；具体来说，支撑材料层的形状为阵列分布的四棱锥或呈条状分布的三棱柱。所述锯齿为长方形或正方形时，支撑材料层的形状为呈阵列分布的长方体、正方体、圆柱体或条状分布截面为长方形或正方形的四棱柱，所述锯齿为梯形时，支撑材料层的形状为成阵列分布的四棱台或呈条状分布的截面为梯形的四棱柱。

在一种具体实施方式中，本发明的摩擦发电机，其主要包含：第一基板、第一支撑材料层、第一电极层、第一高分子聚合物绝缘层、第二高分子聚合物绝缘层、第二电极层、第二支撑材料层、第二基板、电极引线、弹性固件，优选弹簧。

在一种具体实施方式中，第一基板和第二基板为选自亚克力基底、玻璃基底、不锈钢基底、陶瓷基底、或高分子聚合物材料基底中的一种，或其他具有力学刚性的基板。

在一种具体实施方式中，所述第一电极层和第二电极层选自镀有铟锡金属氧化物的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）层，具有电传导性的金属或合金层、石墨烯涂层、银纳米线涂层、或其他透明导电膜中任一种。在一种具体实施方式中，所述高分子层可以是聚四氟乙烯、PET塑料、聚酰亚胺薄膜、或掺杂氧化锌纳米线且具有微孔结构的聚偏氟乙烯等高分子材料中的一种。

在一种具体实施方式中，第二高分子层采用具有微孔结构的人造纤维，还可以是聚酯纤维、其他具有微孔结构的纤维素中的一种。

在一种具体实施方式中，所述摩擦发电机还包括四个弹簧，所述弹簧采用金属材质、合金材质或其他弹性塑料材质。

在一种具体实施方式中，所述第一支撑材料层为质地较软、易形变且具有一定力学支撑性能的海绵、泡沫等。

在一种具体实施方式中，所述第二支撑材料层为质地较坚硬的亚克力、玻璃、不锈钢、陶瓷或具有一定硬度的高分子聚合物材料等。

使用玻璃，不锈钢、陶瓷或聚四氟乙烯等材料作为第二支撑材料时，可以通过定制相应形状凸起的模板来实现。

在一种具体实施方式中，所述第一锯齿的角度为第一倾角，所述第二锯齿角度为第二倾角，其中，要求第一倾角大于第二倾角，上基板受压力，第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层接触时，由于两锯齿支撑材料的力学性能差异，柔软的第一锯齿材料屈服变形，两层高分子聚合物绝缘层紧密接触摩擦。

在一种具体实施方式中，本发明的摩擦发电机结构可以适用三层结构摩擦发电机，所述摩擦发电机为依次层叠设置的第一电极，第一高分子聚合物绝缘层，以及第二电极；例如依次层叠设置的铝/PDMS/银结构，铝作为摩擦层和电极层，PDMS与铝相对的面上设置有锯齿结构从而形成三层结构的摩擦发电机。本发明摩擦发电机的制备方法如下：

（1）取两块正方形亚克力板作为第一基板和第二基板，其尺寸相同，在两块正方形基板的四角钻四个洞用于安装弹簧。

（2）将第一支撑材料层粘结到步骤（1）制备的第一基板上，将第一高分子聚合物绝缘层材料涂覆在具有一定厚度、可弯折的第一电极层（如金属箔）表面上进行固化得到复合的第一电极层/第一高分子聚合物绝缘层，之后将固化后的第一电极层/第一高分子聚合物绝缘层设置在支撑材料表面；同样地，将第二高分子聚合物绝缘层材料涂覆在具有一定厚度、可弯折的第二电极层（如金属箔）表面上进行固化得到复合的第二电极层/第二高分子聚合物绝缘层，之后将固化后的第二电极层/第二高分子聚合物绝缘层设置在支撑材料表面。

其中第二支撑材料层上凸起的形成可以根据不同的材料采用不同的方法制备得到。如当材料是不锈钢时，可以通过模板进行弯折得到具有凸起的第二支撑材料层。

（3）将步骤（2）得到具有各层结构的第一基板的四角安装弹簧，后将步骤（2）制备的具有各层结构的第二基板通过弹簧与第一基板相连，得到高分子聚合物绝缘层相对的摩擦发电机。

在一种具体的实施方式中，本发明摩擦发电机的制备方法如下：

（1）取两块正方形亚克力板作为第一基板和第二基板，其尺寸相同，在两块正方形基板的四角钻四个洞用于安装弹簧。

（2）将第一支撑材料层粘结到步骤（1）制备的第一基板上，将第一高分子聚合物材料制备高分子绝缘层（基于不同的第一高分子聚合物绝缘层的材料采用不同的制备方法进行制备），然后将第一电极层材料通过磁控溅射（或热蒸镀、丝网印刷等）设置在第一高分子聚合物绝缘层表面上形成复合的第一电极层/第一高分子聚合物绝缘层；之后将复合后的第一电极层/第一高分子聚合物绝缘层设置在第一支撑材料表面；同样地，将第二高分子聚合物材料制备高分子绝缘层（基于不同的第二高分子聚合物绝缘层的材料采用不同的制备方法进行制备），然后将第二电极层材料通过磁控溅射（或热蒸镀、丝网印刷等）设置在第二高分子聚合物绝缘层表面上形成复合的第二电极层/第二高分子聚合物绝缘层；之后将复合后的第二电极层/第二高分子聚合物绝缘层设置在第二支撑材料表面。

（3）将步骤（2）得到具有各层结构的第一基板的四角安装弹簧，后将步骤（2）制备的具有各层结构的第二基板通过弹簧与第一基板相连，得到高分子聚合物绝缘层相对的摩擦发电机。

在一种具体的具体实施方式中，本发明摩擦发电机的制备方法如下：

（1）取两块正方形亚克力板作为第一基板和第二基板，其尺寸相同，在两块正方形基板的四角钻四个洞用于安装弹簧。

（2）将第一支撑材料层粘结到步骤（1）制备的第一基板上，另取一块PET板，将第一电极层镀在PET板上，后将第一高分子聚合物绝缘层材料镀在第一电极层上，然后将上述镀有电极层和高分子聚合物绝缘层的PET板设置在第一支撑材料层上。同样地，另取一块PET板，将第二电极层镀在PET板上，后将第二高分子聚合物绝缘层材料镀在第二电极层上，然后将上述镀有第二电极层和第二高分子聚合物绝缘层的PET板设置在第二支撑材料层上。

（3）将步骤（2）得到具有各层结构的第一基板的四角安装弹簧，后将步骤（2）制备的具有各层结构的第二基板通过弹簧与第一基板相连，得到高分子聚合物绝缘层相对的摩擦发电机。

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

下面对本发明实施例中的测定方法以及材料来源进行说明。

电流和电压的测定方法：将制备的摩擦发电机器件的两个电极输出引线连接在SR570测试设备的两个输入端，手掌沿垂直基板方向轻按、释放器件的其中一个基板，使摩擦发电机的两个摩擦层接触、分离，在本发明实施例中均是通过在第一基板上放置产生10N重力的物体实现的。

实施例1

如图1所示制备摩擦发电机

（1）取两块正方形的亚克力板作为第一基板和第二基板，其尺寸10cm*10cm*1cm，在两块正方形基板的四角钻四个洞用于安装弹簧。

（2）将海绵粘结到步骤（1）制备的第一基板上，所述海绵凸起的形状为正四棱锥（即正四棱锥的底面与正四棱锥的侧面之间的二面角为60度），正四棱锥底面尺寸为2mm*2cm，正四棱锥之间以共同边依次设置；将亚克力粘结到步骤（1）制备的第二基板上，所述亚克力凹陷的形状为正四棱锥，其中正四棱锥的底面与四棱锥的侧面之间的二面角为62度，正四棱锥底面的边长为2mm*2mm正四棱锥之间以共同边依次设置。将聚四氟乙烯通过均匀涂覆在PE板上，后将固化后的聚四氟乙烯层取下，然后将金属铝通过磁控溅射设置在聚四氟乙烯层表面上形成复合的第一电极层/第一高分子聚合物绝缘层；之后将复合后的第一电极层/第一高分子聚合物绝缘层设置在第一支撑材料泡沫表面；同样地，将人造纤维平压为人造纤维层，然后将金属铝磁控溅射在人造纤维层的表面上形成复合的第二电极层/第二高分子聚合物绝缘层；之后将复合后的第二电极层/第二高分子聚合物绝缘层设置在第二支撑材料的亚克力表面。

（3）将步骤（2）得到具有各层结构的第一基板的四角安装弹簧，后将步骤（2）制备的具有各层结构的第二基板通过弹簧与第一基板相连，得到高分子聚合物绝缘层相对的摩擦发电机1^#。

通过接触压力为10N时，用万用表测定该摩擦发电机的开路电压和电流，结果见表1，测定峰值电流结果见图6。

实施例2

如图3a和图3b所示制备摩擦发电机，其中，图3a为所制备摩擦发电机立体图，图3b为所制备摩擦发电机平面图。

（1）取两块正方形的亚克力板作为第一基板和第二基板，其尺寸10cm*10cm*1cm，在两块正方形基板的四角钻四个洞用于安装弹簧。

（2）将海绵粘结到步骤（1）制备的第一基板上，所述海绵凸起的形状为正三棱柱，其中第一基板所在面与正三棱柱的侧面之间的二面角为120度，正三棱柱截面三角形的底边长为2mm，正三棱柱之间以共同边依次设置；将亚克力粘结到步骤（1）制备的第二基板上，所述亚克力凸起的形状为正三棱柱，其中第二基板所在面与正三棱柱的侧面之间的二面角为122度，正三棱柱截面三角形的底边长为为2mm，正三棱柱之间以共同边依次设置。将聚四氟乙烯通过均匀涂覆在PE板上，后将固化后的聚四氟乙烯层取下，然后将金属铝通过磁控溅射设置在聚四氟乙烯层表面上形成复合的第一电极层/第一高分子聚合物绝缘层；之后将复合后的第一电极层/第一高分子聚合物绝缘层设置在第一支撑材料泡沫表面；同样地，将人造纤维平压为人造纤维层，然后将金属铝磁控溅射在人造纤维层的表面上形成复合的第二电极层/第二高分子聚合物绝缘层；之后将复合后的第二电极层/第二高分子聚合物绝缘层设置在第二支撑材料的亚克力表面。

（3）将步骤（2）得到具有各层结构的第一基板的四角安装弹簧，后将步骤（2）制备的具有各层结构的第二基板通过弹簧与第一基板相连，得到高分子聚合物绝缘层相对的摩擦发电机2^#。

通过接触压力为10N时，用万用表测定该摩擦发电机的开路电压和电流，结果见表1。

实施例3

如图4a和图4b所示制备摩擦发电机，其中，图4a为所制备摩擦发电机立体图，图4b为所制备摩擦发电机平面图。

（1）取两块正方形的亚克力板作为第一基板和第二基板，其尺寸10cm*10cm*1cm，在两块正方形基板的四角钻四个洞用于安装弹簧。

（2）将海绵粘结到步骤（1）制备的第一基板上，所述海绵凸起的形状为长方体（长方体的长宽高为3mm*3mm*6mm），阵列分布，两个相邻长方体之间的间隔呈正方形，其尺寸为2.5mm*2.5mm；将亚克力粘结到步骤（1）制备的第二基板上，所述亚克力凸起的形状也是长方体（长方体的长宽高为2.5mm*2.5mm*6mm），阵列分布，两个相邻长方体之间的间隔呈正方形，其尺寸为3mm*3mm。将聚四氟乙烯通过均匀涂覆在PE板上，后将固化后的聚四氟乙烯层取下，然后将金属铝通过磁控溅射设置在聚四氟乙烯层表面上形成复合的第一电极层/第一高分子聚合物绝缘层；之后将复合后的第一电极层/第一高分子聚合物绝缘层设置在第一支撑材料泡沫表面；同样地，将人造纤维平压为人造纤维层，然后将金属铝磁控溅射在人造纤维层的表面上形成复合的第二电极层/第二高分子聚合物绝缘层；之后将复合后的第二电极层/第二高分子聚合物绝缘层设置在第二支撑材料的亚克力表面。

（3）将步骤（2）得到具有各层结构的第一基板的四角安装弹簧，后将步骤（2）制备的具有各层结构的第二基板通过弹簧与第一基板相连，得到高分子聚合物绝缘层相对的摩擦发电机3^#。

通过接触压力为10N时，用万用表测定该摩擦发电机的开路电压和电流，结果见表1。

实施例4

（1）取两块正方形的玻璃板作为第一基板和第二基板，其尺寸10cm*10cm*1cm，在两块正方形基板的四角钻四个洞用于安装弹簧。

（2）将泡沫粘结到步骤（1）制备的第一基板上，所述泡沫凸起的形状为正方体（正方体的长宽高为3mm），阵列分布，两个相邻正方体之间的间隔呈正方形，其尺寸为2.5mm*2.5mm；将通过模板制备得到的具有凸起的不锈钢板支撑材料粘结到步骤（1）制备的第二基板上，所述不锈钢上凸起的形状也是正方体（正方体的长宽高为2.5mm），阵列分布，两个相邻正方体之间的间隔呈正方形，其尺寸为3mm*3mm。

将PVDF通过均匀涂覆在PE板上，后将固化后的PVDF层取下，然后将AZO通过磁控溅射设置在PVDF层表面上形成复合的第一电极层/第一高分子聚合物绝缘层；之后将复合后的第一电极层/第一高分子聚合物绝缘层设置在第一支撑材料泡沫表面；同样地，将聚酯纤维平压为聚酯纤维层，然后将AZO磁控溅射在聚酯纤维层的表面上形成复合的第二电极层/第二高分子聚合物绝缘层；之后将复合后的第二电极层/第二高分子聚合物绝缘层设置在第二支撑材料的亚克力表面。

（3）将步骤（2）得到具有各层结构的第一基板的四角安装弹簧，后将步骤（2）制备的具有各层结构的第二基板通过弹簧与第一基板相连，得到高分子聚合物绝缘层相对的摩擦发电机4^#。

通过接触压力为10N时，用万用表测定该摩擦发电机的开路电压和电流，结果见表1。

实施例5

如图5a和图5b所示制备摩擦发电机，其中，图5a为所制备摩擦发电机立体图，图5b为所制备摩擦发电机平面图。

（1）取两块正方形的聚四氟乙烯板作为第一基板和第二基板，其尺寸10cm*10cm*1cm，在两块正方形基板的四角钻四个洞用于安装弹簧。

（2）将海绵粘结到步骤（1）制备的第一基板上形成第一支撑材料层，所述海绵凸起的形状为截面为梯形的四棱台，其中第一基板所在面与棱台侧面的二面角为60度，四棱台截面梯形的下底边长为2mm，四棱台截面梯形的高为3mm，四棱台之间通过共同边依次排列设置；将亚克力粘结到步骤（1）制备的第二基板上，所述亚克力凸起的形状为截面为梯形的四棱柱，其中第二基板所在面与四棱柱侧面之间的二面角为62度，四棱台截面梯形的下底边长为2mm，四棱台截面梯形的高为3mm。四棱台之间通过共同边依次排列设置。将聚丙烯通过均匀涂覆在PE板上，后将固化后的聚丙烯层取下，然后将铟锡金属氧化物通过磁控溅射设置在聚丙烯层表面上形成复合的第一电极层/第一高分子聚合物绝缘层；之后将复合后的第一电极层/第一高分子聚合物绝缘层设置在第一支撑材料泡沫表面；同样地，将人造纤维平压为人造纤维层，然后将金属铝磁控溅射在人造纤维层的表面上形成复合的第二电极层/第二高分子聚合物绝缘层；之后将复合后的第二电极层/第二高分子聚合物绝缘层设置在第二支撑材料的亚克力表面。

（3）将步骤（2）得到具有各层结构的第一基板的四角安装弹簧，后将步骤（2）制备的具有各层结构的第二基板通过弹簧与第一基板相连，得到高分子聚合物绝缘层相对的摩擦发电机5^#。

通过接触压力为10N时，用万用表测定该摩擦发电机的开路电压和电流，结果见表1。

对比例1

（1）取两块正方形的亚克力板作为第一基板和第二基板，其尺寸10cm*10cm*1cm，在两块正方形基板的四角钻四个洞用于安装弹簧。

（2）将表面平整没有凸起的海绵粘结到步骤（1）制备的第一基板上；将亚克力粘结到步骤（1）制备的第二基板上，所述亚克力为平板结构。

将聚四氟乙烯通过均匀涂覆在PE板上，后将固化后的聚四氟乙烯层取下，然后将铝通过磁控溅射设置在聚四氟乙烯层表面上形成复合的第一电极层/第一高分子聚合物绝缘层；之后将复合后的第一电极层/第一高分子聚合物绝缘层设置在第一支撑材料泡沫表面；同样地，将人造纤维平压为人造纤维层，然后将铝磁控溅射在人造纤维层的表面上形成复合的第二电极层/第二高分子聚合物绝缘层；之后将复合后的第二电极层/第二高分子聚合物绝缘层设置在第二支撑材料的亚克力表面。

（3）将步骤（2）得到具有各层结构的第一基板的四角安装弹簧，后将步骤（2）制备的具有各层结构的第二基板通过弹簧与第一基板相连，得到高分子聚合物绝缘层相对的摩擦发电机6^#。

通过接触压力为10N时，用万用表测定该摩擦发电机的开路电压和电流，结果见表1，测定峰值电流结果见图6。

表1实施例1-5和对比例1制备的摩擦发电机的电流和电压输出结果

	峰值电流（微安）	开路电压（v）
			实施例1	78	65
实施例2	76	60
			实施例3	72	55
实施例4	70	50
			实施例5	75	63
对比例1	30	35

通过上述数据可以看出，本发明实施例制备的摩擦发电机的输出电流和电压明显高于现有技术中的没有锯齿形状的摩擦发电机。并且，截面是三角形的锯齿形状的实施例1的摩擦发电机的电流和电压高于其他各组。

采用本发明提供的摩擦发电机的制造方法可以方便地制造出摩擦发电机，且制造过程简单，成本低；另外，制造出的摩擦发电机具有多种结构，可满足多种需求，应用范围广。

最后，需要注意的是：以上列举的仅是本发明的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本发明进行改动和变型，倘若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，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种摩擦发电机，其特征在于，包括第一基板、第二基板，弹性部件，所述第一基板与第二基板相对设置，通过弹性部件支撑连接；在第一基板上与第二基板相对的方向依次设置有第一支撑材料层、第一电极层、第一高分子聚合物绝缘层；在第二基板上与第一基板相对的方向上依次设置有第二支撑材料层、第二电极层、第二高分子聚合物绝缘层；其中所述第一支撑材料层和第二支撑材料层在垂直于基板方向的截面为锯齿状。

2.如权利要求1所述的摩擦发电机，其中所述锯齿状是三角形、长方形、正方形或梯形。

3.如权利要求1或2所述的摩擦发电机，其中所述锯齿状为三角形或梯形时，第一支撑材料层的第一倾角大于第二支撑材料层的第二倾角。

4.如权利要求1-3任一项所述的摩擦发电机，其中所述第一支撑材料层硬度低于第二支撑材料层。

5.如权利要求1-4任一项所述的摩擦发电机，其中所述第一支撑材料层的材料选自发泡材料或弹性材料。

6.如权利要求1-5任一项所述的摩擦发电机，其中所述第二支撑材料层的材料选自亚克力、玻璃、不锈钢、陶瓷或聚四氟乙烯中的任一种。

7.如权利要求1-6任一项所述的摩擦发电机，其中所述第一基板和第二基板选自亚克力、玻璃、不锈钢、陶瓷、高分子聚合物材料中的一种或几种，或其它具有力学刚性的材料。

8.如权利要求1-7任一项所述的摩擦发电机，所述第一电极层和第二电极层选自镀有铟锡金属氧化物的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）层、具有电传导性的金属或合金层、石墨烯涂层、银纳米线涂层、或其他透明导电膜中任一种。

9.如权利要求1-8任一项所述的摩擦发电机，其中所述第一高分子聚合物绝缘层材料或第二高分子聚合物绝缘层材料选自聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯、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一种,或掺杂氧化锌纳米线且具有微孔结构的聚偏氟乙烯中的任一种。

10.如权利要求1-8任一项所述的摩擦发电机，其中所述第二高分子聚合物绝缘层的组成材料选自人造纤维、聚酯纤维、或具有微孔结构的纤维中的任一种。

11.如权利要求1-10任一项所述的摩擦发电机，其中所述弹性部件为弹簧。

12.如权利要求1-11任一项所述的摩擦发电机，还包含输出电极端，其分别连接到第一电极层或第二电极层。

13.一种摩擦发电机组，包括两个或两个以上串联或并联的权利要求1-12任一项所述的摩擦发电机。