CN104660095B - 一种摩擦发电装置及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及到能源设备的技术领域，公开了一种摩擦发电装置及其制备方法。该装置包括相对而置的第一基板及第二基板，且第一基板及第二基板之间通过多个弹性柱支撑，第一基板朝向第二基板的一面层叠设置有第一导电电极及绝缘高分子膜层；第二基板朝向第一基板的一面设置有感光树脂层，感光树脂层具有曝光形成的凹凸形结构，覆盖在感光树脂层上的凹凸形结构上形成具有凹凸形结构面的第二导电电极。在上述技术方案中，通过采用在第二电极及绝缘高分子膜层上相对的两个面上的至少一个面上形成凹凸形结构的面，从而使得第一基板及第二基板相对运动时，增加了第二电极及绝缘高分子膜层摩擦时的摩擦面积，从而提高了整个摩擦装置在摩擦发电时的效率。
Description
技术领域
本发明涉及到能源设备的技术领域，尤其涉及到一种摩擦发电装置及其制备方法。
背景技术
现有的摩擦发电装置如图1所示：其包含配重10，设置在配重上的上电极，设置在上电极上的高分子绝缘层20，还包括与高分子绝缘层20相对的下电极30，且下电极30与配重10之间通过弹性支撑装置40连接。在使用时，下电极30与高分子绝缘层20之间的摩擦作用及静电诱导效应，相当于一个电池结构。这种装置可以将机械能转化为电能，具有广泛的应用前景。这种装置利用的是两种材料表面摩擦，使其中一种材料获得电子，另外一种材料失去电子，从而在摩擦时产生电能，但现有技术中的摩擦发电装置效率比较低。
发明内容
本发明提供了一种摩擦发电装置及其制备方法，用以提高摩擦发电装置的发电效率。
本发明提供了一种摩擦发电装置，该装置包括相对而置的第一基板及第二基板，且所述第一基板及所述第二基板之间通过多个弹性柱支撑，其中，沿所述第一基板指向所述第二基板的方向，所述第一基板朝向第二基板的一面层叠设置有第一导电电极及绝缘高分子膜层；所述第二基板朝向所述第一基板的一面设置有感光树脂层，所述感光树脂层具有曝光形成的凹凸形结构，还包括覆盖在所述感光树脂层上的凹凸形结构上形成具有凹凸形结构面的第二导电电极。在上述技术方案中，通过采用在第二电极及绝缘高分子膜层上相对的两个面上的至少一个面上形成凹凸形结构的面，从而使得第一基板及第二基板相对运动时，增加了第二电极及绝缘高分子膜层摩擦时的摩擦力，从而提高了整个摩擦装置在摩擦发电时的效率。
优选地，所述绝缘高分子膜层朝向所述第二导电电极的一面具有凹凸形结构。在绝缘高分子膜层上形成凹凸形结构来提高摩擦力。
优选地，所述第一电极及所述第二电极之间具有感光树脂层，所述感光树脂层具有曝光形成的凹凸形结构，所述第二导电电极覆盖在所述感光树脂层上的凹凸形结构上形成具有凹凸形结构的面。在第二导电电极上形成凹凸形结构来提高摩擦力。
优选地，所述第一基板及第二基板至少一个为聚酰亚胺柔性基板。
优选地，每个弹性柱包含第一弹性柱及与第一弹性柱连接的第二弹性柱，其中所述第一弹性柱与第二弹性柱的接触面积小于第二弹性柱的横截面积。通过两个弹性柱来提高弹性恢复力。
优选地，所述弹性柱为弹性树脂材料制作的柱体。具有较佳的弹性恢复性能。
优选地，还包括封框胶，所述封框胶将所述相对而置的第一基板及第二基板密封，所述封框胶采用具有弹性形变的胶体。提高了密封效果，进而提高了整个装置的稳定性。
本发明还提供了一种摩擦发电装置的制备方法，该方法包括以下步骤：
形成第一基板；
在第一基板上形成第一导电电极；
在第一导电电极上形成绝缘高分子膜层；
形成第二基板；
在第二基板上形成感光树脂层；
在所述感光树脂层上曝光形成具有凹凸形结构的表面，在所述凹凸形结构上溅射金属形成第二导电电极；
将第一基板及第二基板相对而置，并通过弹性柱支撑；所述绝缘高分子膜层与所述第二导电电极相对而置。
在上述技术方案中，通过设置的凹凸形结构增加了摩擦发电装置在摩擦时的摩擦力，进而提高了摩擦发电装置的发电效率。
还包括：在所述绝缘高分子膜层上通过等离子体处理形成具有凹凸形结构的面。在绝缘高分子膜层上形成凹凸形结构来提高摩擦面积。
优选地，所述形成第一基板及形成第二基板包括：
在玻璃基板上形成第一聚酰亚胺柔性基板；
在玻璃基板上形成第二聚酰亚胺柔性基板。
优选地，还包括通过封框胶将相对而置的第一基板及第二基板密封。提高了密封效果，进而提高了整个装置的稳定性。
优选地，还包括将第一基板及第二基板上的玻璃基板剥离。
附图说明
图1为现有技术中摩擦发电装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的摩擦发电装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的摩擦发电装置的另一种结构示意图；
图4a～图4l为图3提供的摩擦发电装置的制备流程图。
附图标记：
10-配重 20-高分子绝缘层 30-下电极
40-弹性支撑装置 1-第一基板 2-第一导电电极
3-绝缘高分子膜层 31-凹凸形结构 4-弹性柱
41-第一弹性柱 42-第二弹性柱 5-封框胶
6-第二基板 7-感光树脂层 71-凹凸形结构
8-第二导电电极
具体实施方式
为了提高摩擦发电装置的发电效率，本发明实施例提供了一种摩擦发电装置，在本发明的技术方案中，通过采用在绝缘高分子膜层及第二导电电极相对的两个面中的至少一个面上形成凹凸形结构，从而提高了在两个基板在相对运动时的摩擦力，进而提高了摩擦发电的效率。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下以非限制性的实施例为例对本发明作进一步详细说明。
如图2及图3所示，图2及图3示出了不同结构的摩擦发电装置的示意图。
本发明实施例提供了一种摩擦发电装置，该装置包括相对而置的第一基板1及第二基板6，且第一基板1及第二基板6之间通过多个弹性柱4支撑，其中，沿第一基板1指向第二基板6的方向，第一基板1朝向第二基板6的一面层叠设置有第一导电电极2及绝缘高分子膜层3；第二基板6朝向第一基板1的一面设置有感光树脂层7，所述感光树脂层7具有曝光形成的凹凸形结构71，还包括覆盖在所述感光树脂层7上的凹凸形结构71上形成具有凹凸形结构面的第二导电电极8。
在上述实施例中，通过采用在第二电极及绝缘高分子膜层3上相对的两个面上的至少一个面上形成凹凸形结构的面，从而使得第一基板1及第二基板6相对运动时，增加了第二电极及绝缘高分子膜层3摩擦时的摩擦力，从而提高了整个摩擦装置在摩擦发电时的效率，并且通过在感光树脂层7上形成凹凸形结构71，并通过溅射的方式在凹凸形结构上形成第二导电电极8从而方便了第二导电电极8形成，简化了第二导电电极8在形成凹凸形结构时的难度。此外，由于感光树脂层7具有一定的韧性，这样使得覆盖在感光树脂层7上的第二导电电极8也具有一定的延展性，更好的与绝缘高分子膜层3接触，增大摩擦面积，提高摩擦效率。
为了方便对本发明实施例提供的摩擦发电装置的理解，下面以结合优选实施例及附图对其结构进行详细的描述。
在上述描述中提到的且绝缘高分子膜层3上及第二导电电极8上相对的两个面中，至少有一个面为具有凹凸形结构的面。可以采用不同的结构来实现，即既可以采用一个面上设置凹凸形结构，也可以两个面上同时采用凹凸形结构。
实施例1
如图2所示，图2示出了本发明实施例提供的摩擦发电装置的一种结构。在本实施例中，采用一个面上形成凹凸形结构31，以增大摩擦发电装置的两个基板在运动时的摩擦力。
优选地，其结构包含两个相对设置的第一基板1及第二基板6，且第一基板1及第二基板6之间通过多个弹性柱4支撑，其中，沿第一基板1指向第二基板6的方向，第一基板1朝向第二基板6的一面层叠设置有第一导电电极2及绝缘高分子膜层3；第二基板6朝向第一基板1的一面设置有第二导电电极8；且第二导电电极8朝向绝缘高分子膜层3的一面设置有凹凸形结构，从而提高了绝缘高分子膜层3与第二导电电极8摩擦时的摩擦力，进而提高了摩擦发电装置的发电效率。
此外，在采用上述第二导电电极8形成凹凸形结构时，由于第二导电电极8为金属层，在其表面形成凹凸形结构比较困难，因此，本实施例通过采用以下结构来形成凹凸形结构，优选地，第二基板6及第二导电电极8之间具有感光树脂层7，感光树脂层7具有曝光形成的凹凸形结构，第二导电电极8覆盖在感光树脂层7上的凹凸形结构上形成具有凹凸形结构的面。在优选制作时，首先在第二基板6上形成感光树脂层7，之后通过曝光工艺在感光树脂层7上形成凹凸形结构，在通过溅射工艺在凹凸形结构上溅射金属，形成第二导电电极8层，从而使得第二导电电极8能够具有凹凸形结构，以增加绝缘高分子膜层3与第二导电电极8摩擦时的摩擦面积。
其中的第一基板1及第二基板6至少一个为聚酰亚胺柔性基板。通过采用聚酰亚胺柔性基板作为支撑整个摩擦发电装置的基板。
其中的弹性柱4作为一个提供恢复力的部件，在第一基板1或第二基板6中的至少一个基板受到外力相对运动时，弹性柱4被压缩，绝缘高分子膜层3及第二导电电极8摩擦并发电，完成这个过程后，当外力撤销后，弹性柱4在自身弹性力的作用下回复到初始状态，从而带动第一基板1及第二基板6恢复到初始位置。其中的弹性柱4可以选择不同的弹性装置来提供，既可以采用压簧，也可以采用具有弹性性能的材料制作的柱体，如弹性金属、橡胶等，较佳的，弹性柱4为弹性树脂制作的柱体。优选地，在弹性柱4的设置方面，较佳的如图2所示，分别设置在第一导电电极2的两侧，从而使得第一基板1及第二基板6在受外力时，两端的基板能够承受弹性柱4提供的相同的阻力，从而保证第一基板1及第二基板6在运动时，不会发生倾斜，使得绝缘高分子膜层3及第二导电电极8相对的两个面在接触时，能够使得两个平面能够整体接触，提高了摩擦时的接触面积，进而增大摩擦力。对于弹性柱4的优选结构，每个弹性柱4包含第一弹性柱41及与第一弹性柱41连接的第二弹性柱42，其中第一弹性柱41与第二弹性柱42的接触面积小于第二弹性柱42的横截面积，较佳的，第一弹性柱体41及第二弹性柱体42均为圆柱体，即第一弹性柱41的直径小于第二弹性柱42的直径。将弹性柱4分成两部分降低了弹性柱4的制作难度，由于现有工艺无法将弹性柱做的很厚，两部分保证了工艺的可实现性，一大一小保证了两部分对位时不会发生偏差，同时，也保证了支撑柱能够具有较佳的支撑强度，在优选使用时，当第一基板1或第二基板6受到外力时，第一弹性支撑柱发生较大的形变量，第二支撑住发生较小的形变。
此外，本实施例提供的摩擦发电装置还包含将第一基板1及第二基板6密封的封框胶5，通过封框胶5将第一基板1及第二基板6密封，从而形成一个密封装置。保证设置在两个基板之间的部件避免受到外界的腐蚀影响，提高整个摩擦发电装置的稳定性。其中的封框胶5采用具有弹性形变的胶体，如橡胶等。采用聚酰亚胺柔性基板，封框胶采用弹性胶体如橡胶等都是为了增加器件摩擦时摩擦层的接触面积。
实施例2
在本实施例中，通过采用在绝缘高分子膜层3及第二导电电极8相对的两个面上均设置凹凸形结构，从而提高了摩擦发电装置在摩擦时的摩擦面积，进而提高了摩擦发电装置在发电时的发电效率。
其中在第二导电电极8上形成凹凸形结构时，与实施例1中的结构相同，唯一的区别在于在绝缘高分子膜层3上形成凹凸形结构31。
优选地，在本实施例中，摩擦发电装置的结构包含的第一基板1、第二基板6、第一导电电极2、弹性柱4及封框胶5的结构与实施例1提供的摩擦发电装置中的结构相同，在此不再赘述。
本实施例提供的摩擦发电装置与实施例1中提供的摩擦发电装置的区别在于在绝缘高分子膜层3上增设了凹凸形结构，优选地，如图3所示，在本实施例中，绝缘高分子膜层3朝向第二导电电极8的一面具有干刻形成的凹凸形结构。
在本实施例中，通过在绝缘高分子膜层3上直接形成凹凸形结构，并通过形成的凹凸形结构提高摩擦发电装置在摩擦发电时的摩擦面积，进而提高其发电的效果。
其中，在绝缘高分子膜层3的凹凸形结构形成时，其制备方式为通过干刻方法在绝缘高分子膜层3上形成凹凸形结构，优选地等离子体对绝缘高分子膜层3进行处理使其形成具有凹凸形结构的表面。其中的等离子体可以采用如氧等离子体等。
通过本实施例提供的摩擦发电装置可以看出，其在绝缘高分子膜层3及第二导电电极8相对的两个面上分别设置凹凸形结构，与实施例1相比，其进一步的提高了摩擦发电装置在摩擦时的摩擦面积，进而提高了其发电效率。
应当理解的是，上述优选实施例1及实施例2仅为优选地实施方式，本实施例提供的摩擦发电装置不应仅限于上述实施例1及实施例2中提到的通过优选地凹凸形结构的设置。
此外，本发明实施例还提供了一种摩擦发电装置的制备方法，该方法包括以下步骤：
形成第一基板1；
在第一基板1上形成第一导电电极2；
在第一导电电极2上形成绝缘高分子膜层3；
形成第二基板6；
在第二基板6上形成感光树脂层7；
在感光树脂层7上曝光形成具有凹凸形结构71的表面，在所述凹凸形结构71上溅射金属形成第二导电电极8；
将第一基板1及第二基板6相对而置，并通过弹性柱4支撑；绝缘高分子膜层3与第二导电电极8相对而置。
在上述实施例中可以看出，通过采用在第二电极及绝缘高分子膜层3上相对的两个面上的至少一个面上形成凹凸形结构的面，从而使得第一基板1及第二基板6相对运动时，增加了第二电极及绝缘高分子膜层3摩擦时的摩擦力，从而提高了整个摩擦装置在摩擦发电时的效率。
其中在绝缘高分子膜层3的表面及第二导电电极8表面中的至少有一个表面上形成凹凸形结构的优选制备过程中，可以形成不同的凹凸形结构，如：
A、在第二基板6上形成感光树脂层7，在感光树脂层7上曝光形成具有凹凸形结构31的表面，在凹凸形结构31上溅射金属形成第二导电电极8。
B、在绝缘高分子膜层3上通过干刻蚀法形成具有凹凸形结构的面；
在第二基板6上形成感光树脂层7，在感光树脂层7上曝光形成具有凹凸形结构的表面，在凹凸形结构上溅射金属形成第二导电电极8。
在形成的上述3种结构中均可以提高摩擦发电装置在摩擦时的摩擦面积，进而提高其发电效率，通过上述结构类实施例可以看出，在形成结构B时，其结构及制备工艺包含了上述形成结构A的步骤，因此，下面以形成结构B的制备方法为例并结合附图4a～图4l对本发明实施例提供的摩擦发电装置进行详细的说明。
步骤一：形成第一基板1；
优选地如图4a所示，在玻璃基板上形成第一聚酰亚胺柔性基板基板。
步骤二：在第一基板1上形成第一导电电极2；
优选地，如图4b所示，直接在形成的第一聚酰亚胺柔性基板基板上形成第一导电电极2。
步骤三：在第一导电电极2上形成绝缘高分子膜层3；优选地如图4c所示，在第一导电电极2上直接形成绝缘高分子膜层3。
步骤四：在绝缘高分子膜层3上通过干刻蚀法形成具有凹凸形结构31的面；优选地如图4d所示，通过等离子体对绝缘高分子膜层3进行处理形成凹凸形结构31。其中的等离子体可以采用氧等离子体。等离子体适合于处理有机物，不需要复杂的掩膜工艺，工艺简单，成本低廉。
步骤五：在第一基板1上形成第一弹性柱41，优选地如图4e所示，在位于第一导电电极2的两侧对称形成第一弹性柱41。
步骤六：形成第二基板6；
优选地如图4f所示，在玻璃基板上形成第二基板6，该第二基板6为聚酰亚胺柔性基板；
步骤七：在形成的第二基板6形成感光树脂层7；
优选地如图4g所示，直接在第二基板6上形成感光树脂层7。
步骤八：在感光树脂层7上形成凹凸形结构71；
优选地，如图4h所示，首先制作掩膜板，该掩膜板为具有网状小孔的结构，将曝光版覆盖在感光树脂层7上，并对感光树脂层7进行曝光显影，并剥离曝光区域的感光树脂；从而使得在感光树脂层7上形成凹凸形结构71。
步骤九：在感光树脂层7上形成第二导电电极8；
优选地，如图4i所示，在感光树脂层7上的凹凸形结构71上溅射金属层，溅射后的金属层形成第二导电电极8，该金属层覆盖在凹凸形结构71上形成具有凹凸形结构的面。通过采用在感光树脂层7上溅射金属形成第二导电电极8，在溅射形成后第二导电电极8后即可形成凹凸形结构，方便了制作。
步骤十：在第二基板6上形成第二弹性柱42；
优选地如图4j所示，在第二导电电极8的两侧对称设置第二弹性柱42。且设置的第二弹性柱42的直径大于第一弹性柱41的直径。
步骤十一：将第一基板1及第二基板6对盒并封装；
如图4k所示，将两个第一基板1及第二基板6对盒，此时，绝缘高分子膜层3上的凹凸结构与第二导电电极8上的凹凸结构相对，且第一弹性柱41与第二弹性柱42对应抵压接触；之后通过封框胶5将两个基板之间密封。
步骤十二：剥离玻璃基板；如图4l所示，将玻璃基板剥离后，形成摩擦发电装置
通过上述优选实施例提供的摩擦发电装置的制备方法可以看出，通过本实施例提供的方法制备出的摩擦发电装置，通过设置的凹凸形结构增加了摩擦发电装置在摩擦时的摩擦面积，进而提高了摩擦发电装置的发电效率。
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 (5)
1.一种摩擦发电装置，其特征在于，包括相对而置的第一基板及第二基板，且所述第一基板及所述第二基板之间通过多个弹性柱支撑，其中，沿所述第一基板指向所述第二基板的方向，所述第一基板朝向第二基板的一面层叠设置有第一导电电极及绝缘高分子膜层；所述第二基板朝向所述第一基板的一面设置有感光树脂层，所述感光树脂层具有曝光形成的凹凸形结构，还包括覆盖在所述感光树脂层上的凹凸形结构上形成具有凹凸形结构面的第二导电电极；所述绝缘高分子膜层朝向所述第二导电电极的一面通过等离子体刻蚀形成有凹凸形结构；
所述第一基板及第二基板至少一个为聚酰亚胺柔性基板；
每个弹性柱包含第一弹性柱及与第一弹性柱连接的第二弹性柱，其中所述第一弹性柱与第二弹性柱的接触面积小于第二弹性柱的横截面积；
还包括封框胶，所述封框胶将所述相对而置的第一基板及第二基板密封，所述封框胶采用具有弹性形变的胶体。
2.如权利要求1所述的摩擦发电装置，其特征在于，所述弹性柱为弹性树脂制作的柱体。
3.一种摩擦发电装置的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
形成第一基板；
在第一基板上形成第一导电电极；
在第一导电电极上形成绝缘高分子膜层；
形成第二基板；
在第二基板上形成感光树脂层；
在所述感光树脂层上曝光形成具有凹凸形结构的表面，在所述凹凸形结构上溅射金属形成第二导电电极；
将第一基板及第二基板相对而置，并通过弹性柱支撑；所述绝缘高分子膜层与所述第二导电电极相对而置；所述弹性柱包含第一弹性柱及与第一弹性柱连接的第二弹性柱，其中所述第一弹性柱与第二弹性柱的接触面积小于第二弹性柱的横截面积；
在所述绝缘高分子膜层上通过等离子体处理形成具有凹凸形结构的面；
通过封框胶将相对而置的第一基板及第二基板密封。
4.如权利要求3所述的摩擦发电装置的制备方法，其特征在于，所述形成第一基板及形成第二基板包括：
在玻璃基板上形成第一聚酰亚胺柔性基板；
在玻璃基板上形成第二聚酰亚胺柔性基板。
5.如权利要求4所述的摩擦发电装置的制备方法，其特征在于，还包括将第一基板及第二基板上的玻璃基板剥离。
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