CN104811087B - 磁控溅射氧化物层的摩擦发电机及摩擦发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁控溅射氧化物层的摩擦发电机及摩擦发电机组。其中，磁控溅射氧化物层的摩擦发电机包括：具有摩擦界面的摩擦发电结构；以及至少一层氧化物层，所述氧化物层通过磁控溅射的方式设置在所述摩擦发电结构的摩擦界面的至少一个摩擦表面上。本发明中，通过在聚合物或者金属基底上磁控溅射氧化物层，使得氧化物层与金属或者聚合物接触摩擦，得到的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机输出性能显著提高。

Description

磁控溅射氧化物层的摩擦发电机及摩擦发电机组

技术领域

本发明涉及纳米技术领域，更具体地说，涉及一种磁控溅射氧化物层的摩擦发电机及摩擦发电机组。

背景技术

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。目前，利用摩擦起电和静电感应原理制备摩擦发电机已成为一研究热点，这种摩擦发电机能够将机械能转变为电能，在微能量收集、传感器领域具有广泛应用前景。但是现有的摩擦发电机存在输出电能效率较低的缺点，这在一定程度上制约了它的应用。

发明内容

本发明的发明目的是针对现有技术的缺陷，提出一种磁控溅射氧化物层的摩擦发电机及摩擦发电机组，用以提高摩擦发电机的输出性能。

本发明提供了一种磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，包括：具有摩擦界面的摩擦发电结构；以及至少一层氧化物层，所述氧化物层通过磁控溅射的方式设置在所述摩擦发电结构的摩擦界面的至少一个摩擦表面上。

可选地，所述摩擦发电结构包括：至少两层电极层和至少一层高分子聚合物层；所述氧化物层通过磁控溅射的方式设置在形成所述摩擦发电结构的摩擦界面的电极层或高分子聚合物层的表面上；所述至少两层电极层为所述磁控溅射氧化物层的摩擦发电机的输出电极。

可选地，所述摩擦发电结构包括依次层叠设置的第一电极层、高分子聚合物层和第二电极层；所述第二电极层和所述高分子聚合物层固定设置在一起，所述第一电极层和所述高分子聚合物层正对贴合固定连接，所述氧化物层设置在所述第一电极层和所述高分子聚合物层正对贴合的两个表面中的任一个表面上；或者，所述第一电极层和所述高分子聚合物层固定设置在一起，所述高分子聚合物层和所述第二电极层正对贴合固定连接，所述氧化物层设置在所述高分子聚合物层和所述第二电极层正对贴合的两个表面中的任一表面上。

可选地，所述摩擦发电结构包括依次层叠设置的第一电极层、第一高分子聚合物层、第二高分子聚合物层和第二电极层；所述第一电极层和所述第一高分子聚合物层固定设置在一起，所述第二电极层和所述第二高分子聚合物层固定设置在一起，所述第一高分子聚合物层和所述第二高分子聚合物层正对贴合固定连接；所述氧化物层设置在所述第一高分子聚合物层和所述第二高分子聚合物层正对贴合的两个表面中的任一表面上。

可选地，所述摩擦发电结构包括依次层叠设置的第一电极层、第一高分子聚合物层、居间层、第二高分子聚合物层和第二电极层；其中，所述居间层为居间薄膜层或居间电极层；所述第一电极层和所述第一高分子聚合物层固定设置在一起，所述第二电极层和所述第二高分子聚合物层固定设置在一起，所述第一高分子聚合物层和所述居间层正对贴合、所述居间层和所述第二高分子聚合物层正对贴合固定连接；所述氧化物层设置在所述第一高分子聚合物层和所述居间层正对贴合的两个表面中的任一表面上；和/或，所述氧化物层设置在所述居间层和所述第二高分子聚合物层正对贴合的两个表面中的任一表面上。

可选地，所述摩擦发电结构包括依次层叠设置的第一电极层、第一高分子聚合物层、居间电极层、第二高分子聚合物层和第二电极层；其中，所述第一高分子聚合物层、居间电极层、第二高分子聚合物层固定设置在一起，所述第一电极层和所述第一高分子聚合物层正对贴合、所述第二电极层与所述第二高分子聚合物层正对贴合固定连接；所述氧化物层设置在所述第一电极层和所述第一高分子聚合物层正对贴合的两个表面中的任一表面上；和/或，所述氧化物层设置在所述第二电极层和所述第二高分子聚合物层正对贴合的两个表面中的任一表面上。

可选地，所述摩擦发电结构包括依次层叠设置的第一电极层、第一高分子聚合物层、第二高分子聚合物层、居间电极层、第三高分子聚合物层、第四高分子聚合物层和第二电极层；其中，所述第一电极层和所述第一高分子聚合物层固定设置在一起，所述第二高分子聚合物层、居间电极层和所述第三高分子聚合物层固定设置在一起，所述第二电极层和所述第四高分子聚合物层固定设置在一起，所述第一高分子聚合物层和所述第二高分子聚合物层正对贴合、所述第四高分子聚合物层和所述第三高分子聚合物层正对贴合固定连接；所述氧化物层设置在所述第一高分子聚合物层和所述第二高分子聚合物层正对贴合的两个表面中的任一表面上；和/或，所述氧化物层设置在所述第四高分子聚合物层和所述第三高分子聚合物层正对贴合的两个表面中的任一表面上。

可选地，所述摩擦发电结构包括：两层电极层，所述两层电极层之间形成所述摩擦界面；所述氧化物层通过磁控溅射的方式设置在形成所述摩擦发电结构的摩擦界面的任一电极层的表面上；所述两层电极层为所述磁控溅射氧化物层的摩擦发电机的输出电极。

可选地，所述氧化物层的厚度为20-400nm。

可选地，所述氧化物层的厚度为95-105nm。

可选地，所述氧化物层为氧化锌层。

可选地，所述至少一层高分子聚合物层的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜或聚四氟乙烯薄膜。

可选地，所述氧化物层是通过在腔室内抽真空至5*10^-3Pa，通氩气，调整至工作气压1.2Pa，工作气压稳定后开射频电源进行溅射得到的。

本发明还提供了一种摩擦发电机组，由上面所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机并联组成。

本发明中，通过在聚合物或者金属基底上磁控溅射氧化物层，使得氧化物层与金属或者聚合物接触摩擦，得到的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机输出性能显著提高。

附图说明

图1a示出了本发明提供的磁控溅射氧化锌层的摩擦发电机的实施例一的截面结构示意图；

图1b示出了本发明提供的磁控溅射氧化锌层的摩擦发电机的实施例二的截面结构示意图；

图2示出了本发明提供的磁控溅射氧化锌层的摩擦发电机的实施例三的截面结构示意图；

图3示出了本发明提供的磁控溅射氧化锌层的摩擦发电机的实施例四的截面结构示意图；

图4示出了本发明提供的磁控溅射氧化锌层的摩擦发电机的实施例五的截面结构示意图；

图5示出了本发明提供的磁控溅射氧化锌层的摩擦发电机的实施例六的截面结构示意图；

图6示出了本发明提供的磁控溅射氧化锌层的摩擦发电机的实施例七的截面结构示意图；

图7示出了本发明提供的磁控溅射氧化锌层的摩擦发电机的实施例八的截面结构示意图；

图8示出了本发明提供的磁控溅射氧化锌层的摩擦发电机的实施例九的截面结构示意图。

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。

为了克服现有的摩擦发电机存在的输出电能效率低的技术问题，本申请的发明人在现有的摩擦发电机基础上，在材料、结构和工艺方面进行了大量的研究和实验工作，提出了一种磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，这种磁控溅射氧化物层的摩擦发电机是在现有的三层、四层或五层的摩擦发电结构基础上，在摩擦发电结构的摩擦界面的至少一个摩擦表面上磁控溅射氧化物层而得到的。下面通过几个具体的实施例对这种结构的摩擦发电机进行详细介绍，在下述实施例中，氧化物层以氧化锌层为例进行介绍，但本发明不仅限于此，氧化物层还可以为二氧化钛、二氧化锆、二氧化硅、三氧化二铝、五氧化二铌、三氧化二铟。

图1a示出了本发明提供的磁控溅射氧化锌层的摩擦发电机的实施例一的截面结构示意图。如图1a所示，该摩擦发电机包括依次层叠设置的第一电极层10、高分子聚合物层11和第二电极层12，还包括设置在第一电极层10和高分子聚合物层11之间的氧化锌层13；第二电极层12和高分子聚合物层11固定设置在一起，第一电极层10和高分子聚合物层11正对贴合固定连接，氧化锌层13具体设置在第一电极层10和高分子聚合物层11正对贴合的两个表面中的高分子聚合物层11的表面上，即图1a中高分子聚合物层11的上表面。

在本实施例提供的摩擦发电机的制作过程中，首先在高分子聚合物层11的一侧表面(图1a的高分子聚合物层11的下表面)上涂覆第二电极层12，或者采用其它方式使第二电极层12粘接在高分子聚合物层11的下表面上。然后，采用磁控溅射方法在高分子聚合物层11的上表面设置氧化锌层13，具体地，安装氧化锌基材和上述基材(粘接有第二电极层12的高分子聚合物层)，抽真空至5*10^-3Pa左右，通Ar气，调整至工作气压1.2Pa，气压稳定后开射频电源进行溅射，同时打开膜厚仪实时监测溅射厚度，达到适当厚度时，例如100nm，关闭射频电源，关闭气路，待分子泵停稳，通气，开腔室取出基片样品。最后，将第一电极层10与上下表面分别设置有氧化锌层和第二电极层的高分子聚合物层正对贴合，正对贴合的两个器件的短边缘采用胶布密封固定，保证两个器件正对贴合的表面的适度接触。

在上述制作工艺中，也可先在高分子聚合物层11的上表面磁控溅射氧化锌层13，而后在高分子聚合物层11的下表面粘接或涂覆第二电极层12。

在这种设置方式中，第一电极层10与氧化锌层13接触摩擦产生电能，并由第一电极层10和第二电极层12作为输出电极将电能输出。

图1b示出了本发明提供的磁控溅射氧化锌层的摩擦发电机的实施例二的截面结构示意图。如图1b所示，本实施例与实施例一的不同之处在于，氧化锌层13具体设置在第一电极层10和高分子聚合物层11正对贴合的两个表面中的第一电极层10的表面上，即图1b中第一电极层10的下表面。其设置方法也是磁控溅射方法，具体不再赘述。

图1a和图1b所示的摩擦发电机均是在三层摩擦发电机结构中做的改进。作为三层摩擦发电机结构的另一种改进方式，第一电极层和高分子聚合物层可固定设置在一起，高分子聚合物层和第二电极层正对贴合固定连接，氧化锌层具体设置在高分子聚合物层和第二电极层正对贴合的两个表面中的任一表面上。

图2示出了本发明提供的磁控溅射氧化锌层的摩擦发电机的实施例三的截面结构示意图。如图2所示，该摩擦发电机包括依次层叠设置的第一电极层20、第一高分子聚合物层21、第二高分子聚合物层22和第二电极层23，还包括设置在第一高分子聚合物层21和第二高分子聚合物层22之间的氧化锌层24；第一电极层20和第一高分子聚合物层21固定设置在一起，第二电极层23和第二高分子聚合物层22固定设置在一起，第一高分子聚合物层21和第二高分子聚合物层22正对贴合固定连接；氧化锌层24具体设置在第一高分子聚合物层21和第二高分子聚合物层22正对贴合的两个表面中的第二高分子聚合物层22的表面上，即图2中第二高分子聚合物层22的上表面。

在本实施例提供的摩擦发电机的制作过程中，首先在第一高分子聚合物层21的上表面上涂覆或粘接第一电极层20，在第二高分子聚合物层22的下表面上涂覆或粘接第二电极层23；然后，采用磁控溅射方法在第二高分子聚合物层22的上表面设置氧化锌层24，具体地，安装氧化锌基材和上述基材(涂覆或粘接有第二电极层的第二高分子聚合物层)，抽真空至5*10^-3Pa左右，通Ar气，调整至工作气压1.2Pa，气压稳定后开射频电源进行溅射，同时打开膜厚仪实时监测溅射厚度，达到适当厚度时，例如100nm，关闭射频电源，关闭气路，待分子泵停稳，通气，开腔室取出基片样品。最后，将涂覆或粘接第一电极层的第一高分子聚合物层与上下表面分别设置有氧化锌层和第二电极层的第二高分子聚合物层正对贴合，正对贴合的两个器件的短边缘采用胶布密封固定，保证两个器件正对贴合的表面的适度接触。

在上述制作工艺中，也可先在第二高分子聚合物层22的上表面磁控溅射氧化锌层24，而后在第二高分子聚合物层22的下表面粘接或涂覆第二电极层23。

在这种设置方式中，第一高分子聚合物层21与氧化锌层24接触摩擦产生电能，并由第一电极层20和第二电极层23作为输出电极将电能输出。

作为另外一种实施方式，氧化锌层可具体设置在第一高分子聚合物层21和第二高分子聚合物层22正对贴合的两个表面中的第一高分子聚合物层21的表面上，即第一高分子聚合物层21的下表面。其设置方法也是磁控溅射方法，具体不再赘述。在这种设置方式中，氧化锌层与第二高分子聚合物层接触摩擦产生电能，并由第一电极层20和第二电极层23作为输出电极将电能输出。

图3示出了本发明提供的磁控溅射氧化锌层的摩擦发电机的实施例四的截面结构示意图。如图3所示，该摩擦发电机包括依次层叠设置的第一电极层30、第一高分子聚合物层31、居间层32、第二高分子聚合物层33和第二电极层34，还包括设置在第一高分子聚合物层31和居间层32之间的氧化锌层35；第一电极层30和第一高分子聚合物层31固定设置在一起，第二电极层34和第二高分子聚合物层33固定设置在一起，第一高分子聚合物层31和居间层32正对贴合、居间层32和第二高分子聚合物层33正对贴合固定连接。氧化锌层35具体设置在第一高分子聚合物层31和居间层32正对贴合的两个表面中的第一高分子聚合物层31的表面上，即图3中第一高分子聚合物层31的下表面。

在本实施例提供的摩擦发电机的制作过程中，首先在第一高分子聚合物层31的上表面上涂覆或粘接第一电极层30，在第二高分子聚合物层33的下表面上涂覆或粘接第二电极层34；然后，采用磁控溅射方法在第一高分子聚合物层31的下表面设置氧化锌层35(有关磁控溅射方法的具体介绍可参见上述实施例)。最后，将上下表面分别设置有第一电极层和氧化锌层的第一高分子聚合物层、居间层和涂覆或粘接第二电极层的第二高分子聚合物层正对贴合，正对贴合的三个器件的短边缘采用胶布密封固定，保证三个器件正对贴合的表面的适度接触。

在上述制作工艺中，也可先在第一高分子聚合物层31的下表面磁控溅射氧化锌层35，而后在第一高分子聚合物层31的上表面粘接或涂覆第一电极层30。

上述居间层可以为居间薄膜层，居间薄膜层与氧化锌层接触摩擦产生电能，并由第一电极层和第二电极层作为输出电极将电能输出。上述居间层也可以为居间电极层，居间电极层与氧化锌层接触摩擦产生电能，第一电极层和第二电极层相连作为一个输出电极、居间电极层作为另一个输出电极将电能输出。

作为另外一种实施方式，氧化锌层可具体设置在第一高分子聚合物层和居间层正对贴合的两个表面中的居间层的表面上，即图3中居间层的上表面，其设置方法也是磁控溅射方法，具体不再赘述。

作为又一种实施方式，氧化锌层可具体设置在居间层和第二高分子聚合物层正对贴合的两个表面中的任一表面上，即图3中居间层的下表面或第二高分子聚合物层的上表面，其设置方法也是磁控溅射方法，具体不再赘述。

图4示出了本发明提供的磁控溅射氧化锌层的摩擦发电机的实施例五的截面结构示意图。图4与图3所示的摩擦发电机的不同之处在于具有两层氧化锌层36和37，其中氧化锌层36设置在第一高分子聚合物层31和居间层32正对贴合的两个表面中的第一高分子聚合物层31的表面上，即第一高分子聚合物层31的下表面上；氧化锌层37设置在居间层32和第二高分子聚合物层33正对贴合的两个表面中的第二高分子聚合物层33的表面上，即第二高分子聚合物层33的上表面。

作为另一种实施方式，也可将氧化锌层37设置在居间层32和第二高分子聚合物层33正对贴合的两个表面中的居间层32的表面上，即居间层32的下表面上。

图5示出了本发明提供的磁控溅射氧化锌层的摩擦发电机的实施例六的截面结构示意图。图5与图3所示的摩擦发电机的不同之处在于具有两层氧化锌层38和39，其中氧化锌层38设置在第一高分子聚合物层31和居间层32正对贴合的两个表面中的居间层32的表面上，即居间层32的上表面上；氧化锌层39设置在居间层32和第二高分子聚合物层33正对贴合的两个表面中的居间层32的表面上，即居间层32的下表面上。

作为另一种实施方式，也可将氧化锌层39设置在居间层32和第二高分子聚合物层33正对贴合的两个表面中的第二高分子聚合物层33的表面上，即第二高分子聚合物层33的下表面上。

图6示出了本发明提供的磁控溅射氧化锌层的摩擦发电机的实施例七的截面结构示意图。如图6所示，该摩擦发电机包括依次层叠设置的第一电极层40、第一高分子聚合物层41、居间电极层42、第二高分子聚合物层43和第二电极层44，还包括设置在第一电极层40和第一高分子聚合物层41之间的氧化锌层45以及设置在第二高分子聚合物层43和第二电极层44之间的氧化锌层46。其中，第一高分子聚合物层41、居间电极层42、第二高分子聚合物层43固定设置在一起，第一电极层40和第一高分子聚合物层41正对贴合、第二电极层44与第二高分子聚合物层43正对贴合固定连接。氧化锌层45具体设置在第一电极层40和第一高分子聚合物层41正对贴合的两个表面中的第一高分子聚合物层41的表面上，即图6中第一高分子聚合物层41的上表面；氧化锌层46具体设置在第二高分子聚合物层43和第二电极层44正对贴合的两个表面中的第二高分子聚合物层43的表面上，即图6中第二高分子聚合物层43的下表面。

在本实施例提供的摩擦发电机的制作过程中，首先采用粘接或涂覆的方式将第一高分子聚合物层41、居间电极层42和第二高分子聚合物层43固定设置在一起；然后，采用磁控溅射方法在第一高分子聚合物层41的上表面设置氧化锌层45，在第二高分子聚合物层43的下表面设置氧化锌层46(有关磁控溅射方法的具体介绍可参见上述实施例)。最后，将上述器件与第一电极层40、第二电极层44正对贴合，正对贴合的三个器件的短边缘采用胶布密封固定，保证三个器件正对贴合的表面的适度接触。

在这种设置方式中，两层氧化锌层分别与两个电极层接触摩擦产生电能，第一电极层和第二电极层相连作为一个输出电极、居间电极层作为另一个输出电极将电能输出。

作为另外一种实施方式，氧化锌层45可具体设置在第一电极层和第一高分子聚合物层正对贴合的两个表面中的第一电极层的表面上，即第一电极层的下表面；或者，氧化锌层46可具体设置在第二高分子聚合物层和第二电极层正对贴合的两个表面中的第二电极层的表面上，即第二电极层的上表面。

图7示出了本发明提供的磁控溅射氧化锌层的摩擦发电机的实施例八的截面结构示意图。如图7所示，该摩擦发电机包括依次层叠设置的第一电极层50、第一高分子聚合物层51、第二高分子聚合物层52、居间电极层53、第三高分子聚合物层54、第四高分子聚合物层55和第二电极层56，还包括设置在第一高分子聚合物层51和第二高分子聚合物层52之间的氧化锌层57以及设置在第三高分子聚合物层54和第四高分子聚合物层55之间的氧化锌层58。其中，第一电极层50和第一高分子聚合物层51固定设置在一起，第二高分子聚合物层52、居间电极层53和第三高分子聚合物层54固定设置在一起，第二电极层56和第四高分子聚合物层55固定设置在一起，第一高分子聚合物层51和第二高分子聚合物层52正对贴合、第四高分子聚合物层55和第三高分子聚合物层54正对贴合固定连接。氧化锌层57具体设置在第一高分子聚合物层51和第二高分子聚合物层52正对贴合的两个表面中的第二高分子聚合物层52的表面上，即图7中第二高分子聚合物层52的上表面；氧化锌层58具体设置在第三高分子聚合物层54和第四高分子聚合物层55正对贴合的两个表面中的第三高分子聚合物层54的表面上，即图7中第三高分子聚合物层54的下表面。

在本实施例提供的摩擦发电机的制作过程中，首先采用粘接或涂覆的方式将第一电极层50和第一高分子聚合物层51固定设置在一起，将第二高分子聚合物层52、居间电极层53和第三高分子聚合物层54固定设置在一起，将第四高分子聚合物层55和第二电极层56固定设置在一起；然后，采用磁控溅射方法在第二高分子聚合物层52的上表面设置氧化锌层57，在第三高分子聚合物层54的下表面设置氧化锌层58(有关磁控溅射方法的具体介绍可参见上述实施例)。最后，将上述三个器件正对贴合，短边缘采用胶布密封固定，保证三个器件正对贴合的表面的适度接触。

在这种设置方式中，两层氧化锌层分别与两个高分子聚合物层接触摩擦产生电能，第一电极层和第二电极层相连作为一个输出电极、居间电极层作为另一个输出电极将电能输出。

作为另外一种实施方式，氧化锌层57可具体设置在第一高分子聚合物层和第二高分子聚合物层正对贴合的两个表面中的第一高分子聚合物层的表面上，即第一高分子聚合物层的下表面；或者，氧化锌层58可具体设置在第三高分子聚合物层和第四高分子聚合物层正对贴合的两个表面中的第四高分子聚合物层的表面上，即第四高分子聚合物层的上表面。

图8示出了本发明提供的磁控溅射氧化锌层的摩擦发电机的实施例九的截面结构示意图。如图8所示，该摩擦发电机包括依次层叠设置的两个电极层：第一电极层60和第二电极层61，还包括设置在第一电极层60和第二电极层61之间的氧化锌层62。第一电极层60和第二电极层61正对贴合并通过边缘固定连接使两层电极层之间形成摩擦界面，氧化锌层62通过磁控溅射的方式设置在形成摩擦界面的第一电极层60的下表面上。

在这种设置方式中，氧化锌层62与第二电极层61接触摩擦产生电能，并由第一电极层60和第二电极层61将电能输出。

作为另一种实施方式，氧化锌层62可具体设置在第二电极层61的上表面上。

在上述各种磁控溅射氧化锌层的摩擦发电机结构中，高分子聚合物层或居间薄膜层材料为选自聚酰亚胺薄膜、聚四氟乙烯、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、再生海绵薄膜、纤维素海绵薄膜、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、聚甲基薄膜、甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、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、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸盐薄膜中的任意一种。优选地，第一高分子聚合物层、第二高分子聚合物层、居间薄膜层材质不同。

优选地，高分子聚合物层的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜或聚四氟乙烯(PTFE)薄膜。

第一电极层、第二电极层所用材料是铟锡氧化物、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。

居间电极层所用材料为金属或合金，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。

氧化物层的厚度为20-400nm，优选为95-105nm。通过上述磁控溅射方法制备的氧化物层与基底具有良好的贴合力，同时能够达到纳米级别。

本发明中，通过在聚合物或者金属基底上磁控溅射氧化物层，使得氧化物层与金属或者聚合物接触摩擦，得到的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机输出性能显著提高。以氧化锌层为例，磁控溅射氧化锌层显著提高摩擦发电机性能的原因分析如下：

1、氧化锌层作为摩擦层，它具有良好的正摩擦序列。而且在磁控溅射过程中，会使氧化锌层本身携带电荷，能提高摩擦发电机输出性能；

2、通过在聚合物或者金属基底上磁控溅射氧化物层，增加了摩擦面的接触面积，使得磁控溅射氧化锌层的摩擦发电机输出电能提高；

3、氧化锌具有压电效应，与摩擦发电机有协同作用，增强输出性能。但是氧化锌的压电效应有限，所以本方案中磁控溅射氧化锌层的摩擦发电机输出性能提高不单纯是摩擦发电与压电发电的简单组合。

4、采用磁控溅射方法在聚合物或者金属基底上溅射氧化锌层，相比于其他涂布等方法，氧化锌层与聚合物或金属基底的贴合力强，同时，磁控溅射方法能够提高氧化锌层的均匀性，提高摩擦接触面积。

下面通过一个具体示例来说明本发明磁控溅射氧化锌层的摩擦发电机的性能。

该磁控溅射氧化锌层的摩擦发电机包括由上而下层叠设置的：导电胶带、下表面磁控溅射100nm ZnO的PTFE、PET以及导电胶带，其规格为2cm*2cm。

表1示出了上述磁控溅射氧化锌层的摩擦发电机(第Ⅰ类摩擦发电机)与现有摩擦发电机(第Ⅱ类摩擦发电机)的电压输出数据对比表，其中，第Ⅰ类摩擦发电机比第Ⅱ类摩擦发电机的输出电压提高十倍左右，此外，在20N外力作用下，上述磁控溅射氧化锌层的摩擦发电机的输出电流为3.5μA，40N外力作用下，上述磁控溅射氧化锌层的摩擦发电机的输出电流为4.5μA，也比现有摩擦发电机的电流有了显著提高。经过上述实验可说明，在PTFE表面磁控溅射ZnO能显著提高摩擦发电机的输出性能。

表1

本发明中氧化物层不限于氧化锌层，还包括二氧化钛、二氧化锆、二氧化硅、三氧化二铝、五氧化二铌、三氧化二铟，其同样可以达到与氧化锌同样的技术效果。

本发明还提供了一种摩擦发电机组，由上述任意一种或多种磁控溅射氧化物层的摩擦发电机并联组成，得到输出性能更高的磁控溅射氧化锌层的摩擦发电机组。

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 (36)

1.一种磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，包括：

具有摩擦界面的摩擦发电结构；以及氧化物层；

所述摩擦发电结构包括依次层叠设置的第一电极层、高分子聚合物层和第二电极层；

所述第二电极层和所述高分子聚合物层固定设置在一起，所述第一电极层和所述高分子聚合物层正对贴合固定连接，所述氧化物层通过磁控溅射的方式设置在所述第一电极层和所述高分子聚合物层正对贴合的两个表面中的任一个表面上；所述第一电极层和所述第二电极层为所述磁控溅射氧化物层的摩擦发电机的输出电极；

或者，所述第一电极层和所述高分子聚合物层固定设置在一起，所述高分子聚合物层和所述第二电极层正对贴合固定连接，所述氧化物层通过磁控溅射的方式设置在所述高分子聚合物层和所述第二电极层正对贴合的两个表面中的任一表面上；所述第一电极层和所述第二电极层为所述磁控溅射氧化物层的摩擦发电机的输出电极。

2.根据权利要求1所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，其特征在于，所述氧化物层的厚度为20-400nm。

3.根据权利要求2所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，其特征在于，所述氧化物层的厚度为95-105nm。

4.根据权利要求1所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，其特征在于，所述氧化物层为氧化锌层。

5.根据权利要求1所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，其特征在于，所述高分子聚合物层的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜或聚四氟乙烯薄膜。

6.根据权利要求1-5任一项所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，其特征在于，所述氧化物层是通过在腔室内抽真空至5*10^-3Pa，通氩气，调整至工作气压1.2Pa，工作气压稳定后开射频电源进行溅射得到的。

7.一种磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，包括：

具有摩擦界面的摩擦发电结构；以及氧化物层；

所述摩擦发电结构包括依次层叠设置的第一电极层、第一高分子聚合物层、第二高分子聚合物层和第二电极层；所述第一电极层和所述第一高分子聚合物层固定设置在一起，所述第二电极层和所述第二高分子聚合物层固定设置在一起，所述第一高分子聚合物层和所述第二高分子聚合物层正对贴合固定连接；

所述氧化物层通过磁控溅射的方式设置在所述第一高分子聚合物层和所述第二高分子聚合物层正对贴合的两个表面中的任一表面上；

所述第一电极层和所述第二电极层为所述磁控溅射氧化物层的摩擦发电机的输出电极。

8.根据权利要求7所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，其特征在于，所述氧化物层的厚度为20-400nm。

9.根据权利要求8所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，其特征在于，所述氧化物层的厚度为95-105nm。

10.根据权利要求7所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，其特征在于，所述氧化物层为氧化锌层。

11.根据权利要求7所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，其特征在于，所述第一高分子聚合物层和所述第二高分子聚合物层的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜或聚四氟乙烯薄膜。

12.根据权利要求7-11任一项所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，其特征在于，所述氧化物层是通过在腔室内抽真空至5*10^-3Pa，通氩气，调整至工作气压1.2Pa，工作气压稳定后开射频电源进行溅射得到的。

13.一种磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，包括：

具有摩擦界面的摩擦发电结构；以及至少一层氧化物层；

所述摩擦发电结构包括依次层叠设置的第一电极层、第一高分子聚合物层、居间层、第二高分子聚合物层和第二电极层；其中，所述居间层为居间薄膜层或居间电极层；所述第一电极层和所述第一高分子聚合物层固定设置在一起，所述第二电极层和所述第二高分子聚合物层固定设置在一起，所述第一高分子聚合物层和所述居间层正对贴合、所述居间层和所述第二高分子聚合物层正对贴合固定连接；

所述氧化物层通过磁控溅射的方式设置在所述第一高分子聚合物层和所述居间层正对贴合的两个表面中的任一表面上；和/或，所述氧化物层通过磁控溅射的方式设置在所述居间层和所述第二高分子聚合物层正对贴合的两个表面中的任一表面上；

所述第一电极层和所述第二电极层为所述磁控溅射氧化物层的摩擦发电机的输出电极。

14.根据权利要求13所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，其特征在于，所述氧化物层的厚度为20-400nm。

15.根据权利要求14所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，其特征在于，所述氧化物层的厚度为95-105nm。

16.根据权利要求13所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，其特征在于，所述氧化物层为氧化锌层。

17.根据权利要求13所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，其特征在于，所述第一高分子聚合物层和所述第二高分子聚合物层的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜或聚四氟乙烯薄膜。

18.根据权利要求13-17任一项所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，其特征在于，所述氧化物层是通过在腔室内抽真空至5*10^-3Pa，通氩气，调整至工作气压1.2Pa，工作气压稳定后开射频电源进行溅射得到的。

19.一种磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，包括：

具有摩擦界面的摩擦发电结构；以及至少一层氧化物层；

所述摩擦发电结构包括依次层叠设置的第一电极层、第一高分子聚合物层、居间电极层、第二高分子聚合物层和第二电极层；其中，所述第一高分子聚合物层、居间电极层、第二高分子聚合物层固定设置在一起，所述第一电极层和所述第一高分子聚合物层正对贴合、所述第二电极层与所述第二高分子聚合物层正对贴合固定连接；

所述氧化物层通过磁控溅射的方式设置在所述第一电极层和所述第一高分子聚合物层正对贴合的两个表面中的任一表面上；和/或，所述氧化物层通过磁控溅射的方式设置在所述第二电极层和所述第二高分子聚合物层正对贴合的两个表面中的任一表面上；

所述第一电极层、所述第二电极层和所述居间电极层为所述磁控溅射氧化物层的摩擦发电机的输出电极。

20.根据权利要求19所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，其特征在于，所述氧化物层的厚度为20-400nm。

21.根据权利要求20所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，其特征在于，所述氧化物层的厚度为95-105nm。

22.根据权利要求19所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，其特征在于，所述氧化物层为氧化锌层。

23.根据权利要求19所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，其特征在于，所述第一高分子聚合物层和所述第二高分子聚合物层的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜或聚四氟乙烯薄膜。

24.根据权利要求19-23任一项所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，其特征在于，所述氧化物层是通过在腔室内抽真空至5*10^-3Pa，通氩气，调整至工作气压1.2Pa，工作气压稳定后开射频电源进行溅射得到的。

25.一种磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，包括：

具有摩擦界面的摩擦发电结构；以及至少一层氧化物层；

所述摩擦发电结构包括依次层叠设置的第一电极层、第一高分子聚合物层、第二高分子聚合物层、居间电极层、第三高分子聚合物层、第四高分子聚合物层和第二电极层；其中，所述第一电极层和所述第一高分子聚合物层固定设置在一起，所述第二高分子聚合物层、居间电极层和所述第三高分子聚合物层固定设置在一起，所述第二电极层和所述第四高分子聚合物层固定设置在一起，所述第一高分子聚合物层和所述第二高分子聚合物层正对贴合、所述第四高分子聚合物层和所述第三高分子聚合物层正对贴合固定连接；

所述氧化物层通过磁控溅射的方式设置在所述第一高分子聚合物层和所述第二高分子聚合物层正对贴合的两个表面中的任一表面上；和/或，所述氧化物层通过磁控溅射的方式设置在所述第四高分子聚合物层和所述第三高分子聚合物层正对贴合的两个表面中的任一表面上；

所述第一电极层、所述第二电极层和所述居间电极层为所述磁控溅射氧化物层的摩擦发电机的输出电极。

26.根据权利要求25所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，其特征在于，所述氧化物层的厚度为20-400nm。

27.根据权利要求26所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，其特征在于，所述氧化物层的厚度为95-105nm。

28.根据权利要求25所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，其特征在于，所述氧化物层为氧化锌层。

29.根据权利要求25所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，其特征在于，所述第一高分子聚合物层、所述第二高分子聚合物层、所述第三高分子聚合物层和所述第四高分子聚合物层的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜或聚四氟乙烯薄膜。

30.根据权利要求25-29任一项所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，其特征在于，所述氧化物层是通过在腔室内抽真空至5*10^-3Pa，通氩气，调整至工作气压1.2Pa，工作气压稳定后开射频电源进行溅射得到的。

31.一种磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，包括：

具有摩擦界面的摩擦发电结构；以及氧化物层；

所述摩擦发电结构包括：两层电极层，所述两层电极层之间形成所述摩擦界面；

所述氧化物层通过磁控溅射的方式设置在形成所述摩擦发电结构的摩擦界面的任一电极层的表面上；

所述两层电极层为所述磁控溅射氧化物层的摩擦发电机的输出电极。

32.根据权利要求31所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，其特征在于，所述氧化物层的厚度为20-400nm。

33.根据权利要求32所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，其特征在于，所述氧化物层的厚度为95-105nm。

34.根据权利要求31所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，其特征在于，所述氧化物层为氧化锌层。

35.根据权利要求31-34任一项所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机，其特征在于，所述氧化物层是通过在腔室内抽真空至5*10^-3Pa，通氩气，调整至工作气压1.2Pa，工作气压稳定后开射频电源进行溅射得到的。

36.一种摩擦发电机组，其特征在于，由权利要求1-35任一项所述的磁控溅射氧化物层的摩擦发电机并联组成。