CN104852625A - 一种硅胶摩擦发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅胶摩擦发电机，包括：第一硅胶盖、第二硅胶盖、第一摩擦发电组件、第二摩擦发电组件以及至少两根输出导线；第一硅胶盖和第二硅胶盖装配在一起形成密封结构；所述第一摩擦发电组件和第二摩擦发电组件设置在所述密封结构内部，所述第一摩擦发电组件设置在所述第一硅胶盖的内表面，所述第二摩擦发电组件设置在所述第二硅胶盖的内表面，第一摩擦发电组件和第二摩擦发电组件之间形成摩擦界面；摩擦发电机具有至少两个输出端，至少两个输出端分别与对应的输出导线连接。本发明提供的硅胶摩擦发电机结合了硅胶的固有特性和摩擦发电机的基本原理，结构稳定性好，使用寿命长，密封结构不易受外界影响。

Description

一种硅胶摩擦发电机

技术领域

本发明涉及发电技术领域，具体涉及一种硅胶摩擦发电机。

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，美国佐治亚理工学院教授王中林等已经利用摩擦起电和静电感应原理成功制备了摩擦发电机，该摩擦发电机主要由多层电极层和高分子聚合物层按照一定顺序层叠设置形成，其通过高分子聚合物层与电极层，或者高分子聚合物层与高分子聚合物层摩擦产生电荷，将机械能转变为电能。

但是，由于现有技术中高分子聚合物层和电极层所选用的材料多为软质材料，易受外界的影响，例如施加的外力过大，会对摩擦发电机的结构稳定性造成影响，并且摩擦发电机结构存在摩擦界面接触分离问题，影响摩擦发电机的使用寿命和发电效率。

发明内容

本发明提供了一种硅胶摩擦发电机，用于解决现有技术中摩擦发电机结构稳定性差、使用寿命短、易受外界影响的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种硅胶摩擦发电机，包括：第一硅胶盖、第二硅胶盖、第一摩擦发电组件、第二摩擦发电组件以及至少两根输出导线；

所述第一硅胶盖和第二硅胶盖装配在一起形成密封结构；

所述第一摩擦发电组件和第二摩擦发电组件设置在所述密封结构内部，所述第一摩擦发电组件设置在所述第一硅胶盖的内表面，所述第二摩擦发电组件设置在所述第二硅胶盖的内表面，所述第一摩擦发电组件和第二摩擦发电组件之间形成摩擦界面；

所述摩擦发电机具有至少两个输出端，所述至少两个输出端分别与对应的输出导线连接。

可选地，所述第一摩擦发电组件包括第一电极板和第一高分子聚合物层；所述第二摩擦发电组件包括第二电极板；

所述第一电极板设置在所述第一硅胶盖的内表面，所述第一高分子聚合物层设置在所述第一电极板表面；所述第二电极板设置在所述第二硅胶盖的内表面；所述第一高分子聚合物层和所述第二电极板之间形成摩擦界面。

可选地，所述第一摩擦发电组件包括第一电极板和第一高分子聚合物层；所述第二摩擦发电组件包括第二电极板和第二高分子聚合物层；

所述第一电极板设置在所述第一硅胶盖的内表面，所述第一高分子聚合物层设置在所述第一电极板表面；所述第二电极板设置在所述第二硅胶盖的内表面，所述第二高分子聚合物层设置在所述第二电极板的表面；所述第一高分子聚合物层和所述第二高分子聚合物层之间形成摩擦界面。

可选地，硅胶摩擦发电机还包括：居间层，所述居间层与所述第一高分子聚合物层、所述第二高分子聚合物层均分离设置，所述居间层的四周固定在第一硅胶盖或第二硅胶盖上；所述居间层和所述第一高分子聚合物层之间、以及所述居间层和所述第二高分子聚合物层之间形成摩擦界面。

可选地，所述第一摩擦发电组件包括第一电极板、第一高分子聚合物层和居间层；所述第二摩擦发电组件包括第二电极板和第二高分子聚合物层；

所述第一电极板设置在所述第一硅胶盖的内表面，所述第一高分子聚合物层设置在所述第一电极板表面，所述居间层设置在所述第一高分子聚合物层表面；所述第二电极板设置在所述第二硅胶盖的内表面，所述第二高分子聚合物层设置在所述第二电极板的表面；所述居间层和所述第二高分子聚合物层之间形成摩擦界面。

可选地，形成所述摩擦界面的两个表面中的至少一个表面具有微纳结构。

可选地，所述第一硅胶盖和第二硅胶盖的周边设计为互相配合的凹凸槽结构。

根据本发明的又一个方面，提供一种硅胶摩擦发电机，包括：第一硅胶盖、第二硅胶盖、摩擦发电组件以及至少两根输出导线，所述第一硅胶盖内部具有浇铸前预埋的第一电极板；

所述第一硅胶盖和第二硅胶盖装配在一起形成密封结构；

所述摩擦发电组件设置在所述密封结构内部，所述摩擦发电组件设置在所述第二硅胶盖的内表面，所述摩擦发电组件和所述第一硅胶盖的内表面之间形成摩擦界面；

所述第一电极板和所述摩擦发电组件作为两个输出端分别与对应的输出导线连接。

可选地，所述摩擦发电组件包括第二电极板；

所述第二电极板设置在所述第二硅胶盖的内表面，所述第二电极板和所述第一硅胶盖的内表面之间形成摩擦界面。

可选地，所述摩擦发电组件包括第二电极板和第二高分子聚合物层；

所述第二电极板设置在所述第二硅胶盖的内表面，所述第二高分子聚合物层设置在所述第二电极板表面；所述第二高分子聚合物层和所述第一硅胶盖的内表面之间形成摩擦界面。

可选地，所述硅胶摩擦发电机还包括：居间层，设置在所述第一硅胶盖的内表面上，所述第二高分子聚合物层与所述居间层之间形成摩擦界面。

可选地，所述硅胶摩擦发电机还包括：居间层，所述居间层与所述第一硅胶盖的内表面、所述第二高分子聚合物层均分离设置，所述居间层的四周固定在第一硅胶盖或第二硅胶盖上；所述居间层和所述第一硅胶盖的内表面之间、以及所述居间层和所述第二高分子聚合物层之间形成摩擦界面。

可选地，所述摩擦发电组件包括第二电极板、第二高分子聚合物层和居间层；

所述第二电极板设置在所述第二硅胶盖的内表面，所述第二高分子聚合物层设置在所述第二电极板表面，所述居间层设置在所述第二高分子聚合物层表面；所述居间层和所述第一硅胶盖的内表面之间形成摩擦界面。

可选地，形成所述摩擦界面的两个表面中的至少一个表面具有微纳结构。

可选地，形成在第一硅胶盖的内表面的微纳结构是在浇铸时形成的。

可选地，所述第一硅胶盖和第二硅胶盖的周边设计为互相配合的凹凸槽结构。

根据本发明的又一个方面，提供一种硅胶摩擦发电机，包括：第一硅胶盖、第二硅胶盖、以及至少两根输出导线，所述第一硅胶盖内部具有浇铸前预埋的第一电极板，所述第二硅胶盖内部具有浇铸前预埋的第二电极板；

所述第一硅胶盖和第二硅胶盖装配在一起形成密封结构；

所述第一硅胶盖的内表面和所述第二硅胶盖的内表面之间形成摩擦界面；

所述第一电极板和第二电极板作为两个输出端分别与对应的输出导线连接。

可选地，硅胶摩擦发电机还包括：居间层，设置在所述第一硅胶盖或第二硅胶盖的内表面；所述居间层和所述第一硅胶盖或第二硅胶盖的内表面之间形成摩擦界面。

可选地，硅胶摩擦发电机还包括：居间层，所述居间层与所述第一硅胶盖内表面、所述第二硅胶盖的内表面均分离设置，所述居间层的四周固定在第一硅胶盖或第二硅胶盖上，所述居间层与所述第一硅胶盖的内表面之间、以及所述居间层与第二硅胶盖的内表面之间形成摩擦界面。

可选地，形成所述摩擦界面的两个表面中的至少一个表面具有微纳结构。

可选地，形成在第一硅胶盖或第二硅胶盖的内表面的微纳结构是在浇铸时形成的。

可选地，所述第一硅胶盖和第二硅胶盖的周边设计为互相配合的凹凸槽结构。

本发明提供的硅胶摩擦发电机结合了硅胶的固有特性和摩擦发电机的基本原理，具有结构稳定性好，使用寿命长，密封结构不易受外界影响，制作工艺简单，摩擦发电机摩擦层易于接触分离，且加工成本较低等优点。

附图说明

图1为本发明提供的硅胶摩擦发电机的实施例一的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的硅胶摩擦发电机的示例一的正向剖面图；

图3为本发明实施例一提供的硅胶摩擦发电机的示例二的正向剖面图；

图4为本发明实施例一提供的硅胶摩擦发电机的示例三的的正向剖面图；

图5为本发明提供的硅胶摩擦发电机的实施例二的结构示意图；

图6为本发明实施例二提供的硅胶摩擦发电机的示例四的正向剖面图；

图7为本发明实施例二提供的硅胶摩擦发电机的示例五的正向剖面图；

图8为本发明实施例二提供的硅胶摩擦发电机的示例六的正向剖面图；

图9为本发明提供的硅胶摩擦发电机的实施例三的一个示例的结构示意图；

图10为本发明提供的硅胶摩擦发电机的实施例三的另一个示例的正向剖面图。

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。

为解决现有技术中摩擦发电机结构不稳定、使用寿命短、易受外界影响的问题，本发明提供一种硅胶摩擦发电机。硅胶为不溶于水和任何溶剂的物质，除强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应，并具有热稳定性好、化学性质稳定、有较高的机械强度等优点。

图1为本发明提供的硅胶摩擦发电机的实施例一的结构示意图。如图1所示，硅胶摩擦发电机包括：第一硅胶盖1、第二硅胶盖2、第一摩擦发电组件4、第二摩擦发电组件5以及至少两根输出导线（图中未示出）。

第一硅胶盖1和第二硅胶盖2装配在一起形成密封结构；第一摩擦发电组件4设置在第一硅胶盖1的内表面，第二摩擦发电组件5设置在第二硅胶盖2的内表面，第一摩擦发电组件4和第二摩擦发电组件5之间形成摩擦界面。其中，对于上述的设置方式，本领域技术人员可以根据实际需要选择粘贴等常规固定设置方式。第一摩擦发电组件4和第二摩擦发电组件5组成摩擦发电机。

摩擦发电机具有至少两个输出端，至少两个输出端分别与对应的输出导线连接。

在第一硅胶盖1和第二硅胶盖2装配之前，将输出导线与摩擦发电机的输出端进行连接并引出至第一硅胶盖1和第二硅胶盖2的外部。

可选地，第一硅胶盖1和第二硅胶盖2的周边设计为互相配合的凹凸槽结构。

下面通过三个具体示例介绍本发明实施例一的硅胶摩擦发电机的三种结构。在这三种结构中，第一摩擦发电组件和第二摩擦发电组件组成摩擦发电机，摩擦发电机分别为三层结构、四层结构和五层结构。各层结构的摩擦发电机至少包含构成摩擦界面的两个结构，形成摩擦界面的两个表面中的至少一个表面具有微纳结构。

示例一

图2为本发明实施例一提供的硅胶摩擦发电机的示例一的正向剖面图，如图2所示，三层结构的摩擦发电机包括：依次层叠设置的第一电极板11，第一高分子聚合物层12，以及第二电极板13；其中，第一电极板11和第一高分子聚合物层12构成第一摩擦发电组件4，第二电极板13构成第二摩擦发电组件5；第一电极板11设置在第一硅胶盖1的内表面，第一高分子聚合物层12设置在第一电极板11的表面上；第二电极板13设置在第二硅胶盖2的内表面。第一高分子聚合物层12和第二电极板13之间形成摩擦界面，第一电极板11和第二电极板13构成摩擦发电机的信号输出端。在图2中，第一硅胶盖1为硅胶下盖，第二硅胶盖2为硅胶上盖。作为另一种实施方式，第一硅胶盖1为硅胶上盖，第二硅胶盖2为硅胶下盖，这也属于本发明保护的结构。这两种方式也适用于以下各实施例。

当硅胶摩擦发电机外侧的上下表面受到挤压变形时，摩擦发电机受到压力使得第二电极板13与第一高分子聚合物层12表面相互摩擦产生静电荷，从而导致第一电极板11和第二电极板13之间出现电势差。由于第一电极板11和第二电极板13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，从而向外部设备发送正向电信号。当该摩擦发电机受到的压力减小或消失时，这时形成在第一电极板11和第二电极板13之间的内电势减小或消失，此时已平衡的第一电极板11和第二电极板13之间将再次产生反向的电势差，从而向外部设备发送反向电信号。

对于示例一的摩擦发电机，第一高分子聚合物层12为选自聚酰亚胺薄膜、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、纤维素海绵薄膜、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。

第一电极板11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。

第二电极板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。

可选地，形成摩擦界面的两个表面中的至少一个表面具有微纳结构。例如，第一高分子聚合物层12朝向第二电极板13的表面上可设有微纳结构。当摩擦发电机受到挤压时，微纳结构能够使第一高分子聚合物层12与第二电极板13的相对表面更好地接触摩擦，并在第一电极板11和第二电极板13处感应出较多的电荷。上述的微纳结构具体可以采取如下两种可能的实现方式：第一种方式为，该微纳结构是微米级或纳米级的非常小的凹凸结构。第二种方式为，该微纳结构是纳米级孔状结构。

示例二

图3为本发明实施例一提供的硅胶摩擦发电机的示例二的正向剖面图，如图3所示，四层结构的摩擦发电机包括：依次层叠设置的第一电极板11，第一高分子聚合物层12，第二高分子聚合物层14以及第二电极板13；其中，第一电极板11和第一高分子聚合物层12构成第一摩擦发电组件4，第二电极板13和第二高分子聚合物层14构成第二摩擦发电组件5；第一电极板11设置在第一硅胶盖1的内表面，第一高分子聚合物层12设置在第一电极板11表面；第二电极板13设置在第二硅胶盖2的内表面，第二高分子聚合物层14设置在第二电极板13的表面；第一高分子聚合物层12和第二高分子聚合物层14之间形成摩擦界面，第一电极板11和第二电极板13构成摩擦发电机的信号输出端。

当硅胶摩擦发电机外侧的上下表面受到挤压变形时，摩擦发电机受到压力使得第二高分子聚合物层14与第一高分子聚合物层12表面相互摩擦产生静电荷，从而导致第一电极板11和第二电极板13之间出现电势差。由于第一电极板11和第二电极板13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，从而向外部设备发送正向电信号。当该摩擦发电机受到的压力减小或消失时，这时形成在第一电极板11和第二电极板13之间的内电势减小或消失，此时已平衡的第一电极板11和第二电极板13之间将再次产生反向的电势差，从而向外部设备发送反向电信号。

第一高分子聚合物层12和第二高分子聚合物层14所用材料分别与上述示例一中的第一高分子聚合物层可选用的材料相同。第一电极板11和第二电极板13所用材料分别与上述示例一中的第一电极板可选用的材料相同。

第一高分子聚合物层12和第二高分子聚合物层14的材质可以相同，也可以不同。如果两层高分子聚合物层的材质都相同，会导致摩擦起电的电荷量很小。优选地，第一高分子聚合物层12与第二高分子聚合物层14的材质不同。

可选地，形成摩擦界面的两个表面中的至少一个表面具有微纳结构。当摩擦发电机受到挤压时，微纳结构能够使第一高分子聚合物层12与第二高分子聚合物层14的相对表面更好地接触摩擦，并在第一电极板11和第二电极板13处感应出较多的电荷。上述的微纳结构具体可以采取如下两种可能的实现方式：第一种方式为，该微纳结构是微米级或纳米级的非常小的凹凸结构。第二种方式为，该微纳结构是纳米级孔状结构。

示例三

图4为本发明实施例一提供的硅胶摩擦发电机的示例三的的正向剖面图，如图4所示，五层结构的摩擦发电机包括：依次层叠设置的第一电极板11，第一高分子聚合物层12，居间层15，第二高分子聚合物层14以及第二电极板13；其中，第一电极板11、第一高分子聚合物层12和居间层15构成第一摩擦发电组件4，第二电极板13、第二高分子聚合物层14构成第二摩擦发电组件5；第一电极板11设置在第一硅胶盖1的内表面，第一高分子聚合物层12设置在第一电极板11表面，居间层15设置在第一高分子聚合物层12表面；第二电极板13设置在第二硅胶盖2的内表面，第二高分子聚合物层14设置在第二电极板13的表面；居间层15和第二高分子聚合物层14之间形成摩擦界面，第一电极板11和第二电极板13构成摩擦发电机的信号输出端。

其中，居间层15和第二高分子聚合物层14相对设置的两个面中的至少一个面上设有微纳结构，关于微纳结构的具体设置方式可参照上文描述，此处不再赘述。

在图4所示的实现方式中，居间层15可以为居间薄膜层或居间电极，当居间层15为居间电极时，居间电极、第一电极板11和第二电极板13构成摩擦发电机的信号输出端。

当居间层15为居间薄膜层时，居间薄膜层是一层聚合物薄膜，因此实质上与图3所示的实现方式类似，仍然是通过聚合物（居间薄膜层）和聚合物（第二高分子聚合物层14）之间的摩擦来发电的。因此，关于图4所示的摩擦发电机的工作原理此处不再赘述。

对于示例三中的摩擦发电机，第一高分子聚合物层12、第二高分子聚合物层14和居间薄膜层可分别选自上述示例一中列举的第一高分子聚合物层可选用的材料。第一电极板11、第二电极板13和居间电极所用材料与示例一中的第一电极板可选用的材料相同。

第一高分子聚合物层12、第二高分子聚合物层14和居间薄膜层的材质可以相同，也可以不同。如果三层高分子聚合物层的材质都相同，会导致摩擦起电的电荷量很小。优选地，第一高分子聚合物层12与居间薄膜层的材质不同。第一高分子聚合物层12与第二高分子聚合物层14优选相同，能减少材料种类，使本发明的制作更加方便。

作为另一种可选的实施方式，也可以将居间层与第一高分子聚合物层、第二高分子聚合物层均分离设置，即居间层设置在中间位置，与第一高分子聚合物层、第二高分子聚合物层之间均具有摩擦空间，居间层的四周固定在第一硅胶盖或第二硅胶盖上。这样，居间层与第一高分子聚合物层之间、居间层与第二高分子聚合物层之间都可以形成摩擦界面。

在上述实施例一中，第一硅胶盖1和第二硅胶盖2装配在一起形成外壳式的结构，用于保护内部设置的摩擦发电机，利用硅胶特性能够屏蔽外界对摩擦发电机的影响，进而使得摩擦发电机结构稳定，延长了使用寿命，并且借由硅胶的弹性和密封结构中的气压可实现摩擦界面的接触分离，而且这种硅胶摩擦发电机制作工艺简单，加工成本较低。

图5为本发明提供的硅胶摩擦发电机的实施例二的结构示意图。如图5所示，硅胶摩擦发电机包括：第一硅胶盖1、第二硅胶盖2、摩擦发电组件7以及至少两根输出导线（图中未示出），第一硅胶盖1内部具有浇铸前预埋的第一电极板11，其中，第一硅胶盖1、摩擦发电组件7和第一电极板11组成摩擦发电机。

第一硅胶盖1和第二硅胶盖2装配在一起形成密封结构；摩擦发电组件7设置在密封结构内部，摩擦发电组件7设置在第二硅胶盖2的内表面，摩擦发电组件7和第一硅胶盖1的内表面之间形成摩擦界面；第一电极板11和摩擦发电组件7作为两个输出端分别与对应的输出导线连接。

在浇铸前将一根输出导线与预埋的第一电极板11进行连接；在第一硅胶盖1和第二硅胶盖2装配之前，将另一根输出导线与摩擦发电组件7进行连接并引出至第一硅胶盖1和第二硅胶盖2的外部。

可选地，第一硅胶盖1和第二硅胶盖2的周边设计为互相配合的凹凸槽结构。

本实施例与上述实施例一的不同之处主要在于，第一电极板11预埋在第一硅胶盖1中，由于硅胶本身就是一种高分子聚合物材料，第一硅胶盖1本身当作摩擦发电机的一层高分子聚合物层。

下面通过几个具体示例介绍本发明实施例二的硅胶摩擦发电机的具体结构。

示例四

图6为本发明实施例二提供的硅胶摩擦发电机的示例四的正向剖面图，如图6所示，三层结构的摩擦发电机包括：第一电极板11，第一硅胶盖1，以及第二电极板13；其中，第二电极板13构成摩擦发电组件7；在浇铸第一硅胶盖1之前预埋第一电极板11，第二电极板13设置在第二硅胶盖2的内表面，第二电极板13和第一硅胶盖1的内表面之间形成摩擦界面，第一电极板11和第二电极板13构成硅胶摩擦发电机的信号输出端。

当硅胶摩擦发电机外侧的上下表面受到挤压变形时，第二电极板13与第一硅胶盖1内表面相互摩擦产生静电荷，从而导致第一电极板11和第二电极板13之间出现电势差。由于第一电极板11和第二电极板13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，从而向外部设备发送正向电信号。当该硅胶摩擦发电机受到的压力减小或消失时，这时形成在第一电极板11和第二电极板13之间的内电势减小或消失，此时已平衡的第一电极板11和第二电极板13之间将再次产生反向的电势差，从而向外部设备发送反向电信号。

第一电极板11和第二电极板13所用材料分别与上述示例一中的第一电极板可选用的材料相同。

可选地，形成摩擦界面的两个表面中的至少一个表面具有微纳结构。例如，第一硅胶盖1的内表面上设有微纳结构，根据需要可在第一硅胶盖1浇铸时印出各种微纳结构。当硅胶摩擦发电机受到挤压时，微纳结构能够使第一硅胶盖1与第二电极板13的相对表面更好地接触摩擦，并在第一电极板11和第二电极板13处感应出较多的电荷。

示例五

图7为本发明实施例二提供的硅胶摩擦发电机的示例五的正向剖面图，如图7所示，四层结构的摩擦发电机包括：第一电极板11，第一硅胶盖1，第二高分子聚合物层14以及第二电极板13；其中，第二电极板13和第二高分子聚合物层14构成摩擦发电组件7；在浇铸第一硅胶盖1之前预埋第一电极板11；第二电极板13设置在第二硅胶盖2的内表面，第二高分子聚合物层14设置在第二电极板13的表面，第一硅胶盖1的内表面和第二高分子聚合物层14之间形成摩擦界面，第一电极板11和第二电极板13构成硅胶摩擦发电机的信号输出端。

当硅胶摩擦发电机外侧的上下表面受到挤压变形时，第二高分子聚合物层14与第一硅胶盖1的内表面相互摩擦产生静电荷，从而导致第一电极板11和第二电极板13之间出现电势差。由于第一电极板11和第二电极板13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，从而向外部设备发送正向电信号。当该硅胶摩擦发电机受到的压力减小或消失时，这时形成在第一电极板11和第二电极板13之间的内电势减小或消失，此时已平衡的第一电极板11和第二电极板13之间将再次产生反向的电势差，从而向外部设备发送反向电信号。

第一电极板11和第二电极板13所用材料分别与上述示例一中的第一电极板可选用的材料相同。第二高分子聚合物层14可选自上述示例一中列举的第一高分子聚合物层可选用的材料。

可选地，形成摩擦界面的两个表面中的至少一个表面具有微纳结构。例如，第一硅胶盖1的内表面和/或第二高分子聚合物层14的表面上设有微纳结构。当硅胶摩擦发电机受到挤压时，微纳结构能够使第一硅胶盖1的内表面与第二高分子聚合物层14的相对表面更好地接触摩擦，并在第一电极板11和第二电极板13处感应出较多的电荷。根据需要可在第一硅胶盖1浇铸时印出各种微纳结构。

示例六

图8为本发明实施例二提供的硅胶摩擦发电机的示例六的正向剖面图，如图8所示，五层结构的摩擦发电机包括：第一电极板11，第一硅胶盖1，居间层15，第二高分子聚合物层14以及第二电极板13；其中，第二电极板13、第二高分子聚合物层14和居间层15构成摩擦发电组件7；在浇铸第一硅胶盖1之前预埋第一电极板11；第二电极板13设置在第二硅胶盖2的内表面，第二高分子聚合物层14设置在第二电极板13的表面；居间层15设置在第二高分子聚合物层14的表面；居间层15和第一硅胶盖1的内表面之间形成摩擦界面；居间层15可以为居间薄膜层或居间电极，当居间层15为居间薄膜层时，第一电极板11和第二电极板13构成摩擦发电机的信号输出端；当居间层15为居间电极时，居间层15、第一电极板11和第二电极板13构成摩擦发电机的信号输出端。

其中，居间层15与第一硅胶盖1的内表面相对设置的两个面中的至少一个面上设有微纳结构（图未示），关于微纳结构的具体设置方式可参照上文描述，此处不再赘述。

在图8所示的实现方式中，当居间层15为居间薄膜层时，居间薄膜层是一层聚合物薄膜，因此实质上与图7所示的实现方式类似，仍然是通过聚合物（居间薄膜层）和硅胶盖（第一硅胶盖1）之间的摩擦来发电的。因此，关于图8所示的摩擦发电机的工作原理此处不再赘述。

对于示例六中的摩擦发电机，第二高分子聚合物层14和居间薄膜层可分别选自上述示例一中列举的第一高分子聚合物层可选用的材料。第一电极板11、第二电极板13和居间电极所用材料与示例一中的第一电极板可选用的材料相同。

第一硅胶盖1和居间薄膜层的材质可以相同，也可以不同。如果居间薄膜层的材质也是硅胶，会导致摩擦起电的电荷量很小。优选地，第一硅胶盖1与居间薄膜层的材质不同。

作为另一种可选的实施方式，居间层也可设置在第一硅胶盖的内表面，居间层与第二高分子聚合物层之间形成摩擦界面；或者，将居间层与第一硅胶盖内表面、第二高分子聚合物层均分离设置，即居间层设置在中间位置，与第一硅胶盖内表面、第二高分子聚合物层之间均具有摩擦空间，居间层的四周固定在第一硅胶盖的四周，居间层与第一硅胶盖的内表面之间、居间层与第二高分子聚合物层之间都可以形成摩擦界面。

当居间层为居间薄膜层时，第二高分子聚合物层14和居间薄膜层的材质可以相同，也可以不同。如果两层高分子聚合物层的材质相同，会导致摩擦起电的电荷量很小。优选地，第二高分子聚合物层14与居间薄膜层的材质不同。

在上述实施例二中，第一硅胶盖1和第二硅胶盖2装配在一起形成外壳式的结构，用于保护内部设置的摩擦发电机；同时，第一硅胶盖本身也作为摩擦发电机的一组件，与其它摩擦发电组件构成摩擦发电机。该硅胶发电机结合了硅胶的固有特性和摩擦发电机的发电原理，具有结构稳定、使用寿命长、密封结构不易受外界影响等优点，并且借由硅胶的弹性和密封结构中的气压可实现摩擦界面的接触分离，而且这种硅胶摩擦发电机制作工艺简单，加工成本较低。

图9为本发明提供的硅胶摩擦发电机的实施例三的一个示例的结构示意图。如图9所示，硅胶摩擦发电机包括：第一硅胶盖1、第二硅胶盖2、以及至少两根输出导线（图中未示出），第一硅胶盖1内部具有浇铸前预埋的第一电极板11，第二硅胶盖2内部具有浇铸前预埋的第二电极板13。

第一硅胶盖1和第二硅胶盖2装配在一起形成密封结构；第一硅胶盖1的内表面和第二硅胶盖2的内表面之间形成摩擦界面；第一电极板11和第二电极板13作为两个输出端分别与对应的输出导线连接。具体地，在浇铸前将对应的输出导线与预埋的第一电极板11、第二电极板13进行连接。

可选地，第一硅胶盖1和第二硅胶盖2的周边设计为互相配合的凹凸槽结构。

本实施例与上述实施例的不同之处在于，第一电极板11预埋在第一硅胶盖1中，第二电极板13预埋在第二硅胶盖2中，由于硅胶本身就是一种高分子聚合物材料，第一硅胶盖1和第二硅胶盖2本身当作摩擦发电机的两层高分子聚合物层，从而形成四层结构的摩擦发电机。

图10为本发明提供的硅胶摩擦发电机的实施例三的另一个示例的正向剖面图，如图10所示，该硅胶摩擦发电机为五层结构，具体包括：第一电极板11，第一硅胶盖1，居间层15，第二硅胶盖2以及第二电极板13；其中，在浇铸第一硅胶盖1之前预埋第一电极板11；在浇铸第二硅胶盖2之前预埋第二电极板13；居间层15设置在第一硅胶盖1的内表面，第二硅胶盖2的内表面和居间层15之间形成摩擦界面，居间层15可以为居间薄膜层或居间电极，当居间层15为居间薄膜层时，第一电极板11和第二电极板13构成摩擦发电机的信号输出端；当居间层15为居间电极时，居间层15、第一电极板和第二电极板13构成摩擦发电机的信号输出端。

其中，居间层15和第二硅胶盖2相对设置的两个面中的至少一个面上设有微纳结构（图未示），关于微纳结构的具体设置方式可参照上文描述，此处不再赘述。

作为另一种可选的实施方式，居间层也可设置在第二硅胶盖的内表面，居间层与第一硅胶盖的内表面之间形成摩擦界面；或者，将居间层与第一硅胶盖内表面、第二硅胶盖内表面均分离设置，即居间层设置在中间位置，与第一硅胶盖内表面、第二硅胶盖的内表面之间均具有摩擦空间，居间层的四周固定在第一硅胶盖的四周，居间层与第一硅胶盖的内表面之间、居间层与第二硅胶盖的内表面之间都可以形成摩擦界面。

在上述实施例三中，第一硅胶盖1和第二硅胶盖2装配在一起形成外壳式的结构，用于保护内部设置的摩擦发电机；同时，第一硅胶盖1和第二硅胶盖2本身也作为摩擦发电机的组件，构成摩擦发电机。该硅胶发电机结合了硅胶的固有特性和摩擦发电机的发电原理，具有结构稳定、使用寿命长、密封结构不易受外界影响等优点,并且可利用硅胶的弹性和密封结构中的气压实现摩擦界面接触分离的作用，而且这种硅胶摩擦发电机制作工艺简单，加工成本较低。

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 (22)

1.一种硅胶摩擦发电机，其特征在于，包括：第一硅胶盖、第二硅胶盖、第一摩擦发电组件、第二摩擦发电组件以及至少两根输出导线；

所述第一硅胶盖和第二硅胶盖装配在一起形成密封结构；

所述第一摩擦发电组件和第二摩擦发电组件设置在所述密封结构内部，所述第一摩擦发电组件设置在所述第一硅胶盖的内表面，所述第二摩擦发电组件设置在所述第二硅胶盖的内表面，所述第一摩擦发电组件和第二摩擦发电组件之间形成摩擦界面；

所述摩擦发电机具有至少两个输出端，所述至少两个输出端分别与对应的输出导线连接。

2.根据权利要求1所述的硅胶摩擦发电机，其特征在于，所述第一摩擦发电组件包括第一电极板和第一高分子聚合物层；所述第二摩擦发电组件包括第二电极板；

所述第一电极板设置在所述第一硅胶盖的内表面，所述第一高分子聚合物层设置在所述第一电极板表面；所述第二电极板设置在所述第二硅胶盖的内表面；所述第一高分子聚合物层和所述第二电极板之间形成摩擦界面。

3.根据权利要求1所述的硅胶摩擦发电机，其特征在于，所述第一摩擦发电组件包括第一电极板和第一高分子聚合物层；所述第二摩擦发电组件包括第二电极板和第二高分子聚合物层；

所述第一电极板设置在所述第一硅胶盖的内表面，所述第一高分子聚合物层设置在所述第一电极板表面；所述第二电极板设置在所述第二硅胶盖的内表面，所述第二高分子聚合物层设置在所述第二电极板的表面；所述第一高分子聚合物层和所述第二高分子聚合物层之间形成摩擦界面。

4.根据权利要求3所述的硅胶摩擦发电机，其特征在于，还包括：居间层，所述居间层与所述第一高分子聚合物层、所述第二高分子聚合物层均分离设置，所述居间层的四周固定在第一硅胶盖或第二硅胶盖上；所述居间层和所述第一高分子聚合物层之间、以及所述居间层和所述第二高分子聚合物层之间形成摩擦界面。

5.根据权利要求1所述的硅胶摩擦发电机，其特征在于，所述第一摩擦发电组件包括第一电极板、第一高分子聚合物层和居间层；所述第二摩擦发电组件包括第二电极板和第二高分子聚合物层；

所述第一电极板设置在所述第一硅胶盖的内表面，所述第一高分子聚合物层设置在所述第一电极板表面，所述居间层设置在所述第一高分子聚合物层表面；所述第二电极板设置在所述第二硅胶盖的内表面，所述第二高分子聚合物层设置在所述第二电极板的表面；所述居间层和所述第二高分子聚合物层之间形成摩擦界面。

6.根据权利要求2-5任一项所述的硅胶摩擦发电机，其特征在于，形成所述摩擦界面的两个表面中的至少一个表面具有微纳结构。

7.根据权利要求1所述的硅胶摩擦发电机，其特征在于，所述第一硅胶盖和第二硅胶盖的周边设计为互相配合的凹凸槽结构。

8.一种硅胶摩擦发电机，其特征在于，包括：第一硅胶盖、第二硅胶盖、摩擦发电组件以及至少两根输出导线，所述第一硅胶盖内部具有浇铸前预埋的第一电极板；

所述第一硅胶盖和第二硅胶盖装配在一起形成密封结构；

所述摩擦发电组件设置在所述密封结构内部，所述摩擦发电组件设置在所述第二硅胶盖的内表面，所述摩擦发电组件和所述第一硅胶盖的内表面之间形成摩擦界面；

所述第一电极板和所述摩擦发电组件作为两个输出端分别与对应的输出导线连接。

9.根据权利要求8所述的硅胶摩擦发电机，其特征在于，所述摩擦发电组件包括第二电极板；

所述第二电极板设置在所述第二硅胶盖的内表面，所述第二电极板和所述第一硅胶盖的内表面之间形成摩擦界面。

10.根据权利要求8所述的硅胶摩擦发电机，其特征在于，所述摩擦发电组件包括第二电极板和第二高分子聚合物层；

所述第二电极板设置在所述第二硅胶盖的内表面，所述第二高分子聚合物层设置在所述第二电极板表面；所述第二高分子聚合物层和所述第一硅胶盖的内表面之间形成摩擦界面。

11.根据权利要求10所述的硅胶摩擦发电机，其特征在于，还包括：居间层，设置在所述第一硅胶盖的内表面上，所述第二高分子聚合物层与所述居间层之间形成摩擦界面。

12.根据权利要求10所述的硅胶摩擦发电机，其特征在于，还包括：居间层，所述居间层与所述第一硅胶盖的内表面、所述第二高分子聚合物层均分离设置，所述居间层的四周固定在第一硅胶盖或第二硅胶盖上；所述居间层和所述第一硅胶盖的内表面之间、以及所述居间层和所述第二高分子聚合物层之间形成摩擦界面。

13.根据权利要求8所述的硅胶摩擦发电机，其特征在于，所述摩擦发电组件包括第二电极板、第二高分子聚合物层和居间层；

所述第二电极板设置在所述第二硅胶盖的内表面，所述第二高分子聚合物层设置在所述第二电极板表面，所述居间层设置在所述第二高分子聚合物层表面；所述居间层和所述第一硅胶盖的内表面之间形成摩擦界面。

14.根据权利要求9-13任一项所述的硅胶摩擦发电机，其特征在于，形成所述摩擦界面的两个表面中的至少一个表面具有微纳结构。

15.根据权利要求14所述的硅胶摩擦发电机，其特征在于，形成在第一硅胶盖的内表面的微纳结构是在浇铸时形成的。

16.根据权利要求8所述的硅胶摩擦发电机，其特征在于，所述第一硅胶盖和第二硅胶盖的周边设计为互相配合的凹凸槽结构。

17.一种硅胶摩擦发电机，其特征在于，包括：第一硅胶盖、第二硅胶盖、以及至少两根输出导线，所述第一硅胶盖内部具有浇铸前预埋的第一电极板，所述第二硅胶盖内部具有浇铸前预埋的第二电极板；

所述第一硅胶盖和第二硅胶盖装配在一起形成密封结构；

所述第一硅胶盖的内表面和所述第二硅胶盖的内表面之间形成摩擦界面；

所述第一电极板和第二电极板作为两个输出端分别与对应的输出导线连接。

18.根据权利要求17所述的硅胶摩擦发电机，其特征在于，还包括：居间层，设置在所述第一硅胶盖或第二硅胶盖的内表面；所述居间层和所述第一硅胶盖的内表面或第二硅胶盖的内表面之间形成摩擦界面。

19.根据权利要求17所述的硅胶摩擦发电机，其特征在于，还包括：居间层，所述居间层与所述第一硅胶盖内表面、所述第二硅胶盖的内表面均分离设置，所述居间层的四周固定在第一硅胶盖或第二硅胶盖上，所述居间层与所述第一硅胶盖的内表面之间、以及所述居间层与第二硅胶盖的内表面之间形成摩擦界面。

20.根据权利要求17-19任一项所述的硅胶摩擦发电机，其特征在于，形成所述摩擦界面的两个表面中的至少一个表面具有微纳结构。

21.根据权利要求20所述的硅胶摩擦发电机，其特征在于，形成在第一硅胶盖或第二硅胶盖的内表面的微纳结构是在浇铸时形成的。

22.根据权利要求17所述的硅胶摩擦发电机，其特征在于，所述第一硅胶盖和第二硅胶盖的周边设计为互相配合的凹凸槽结构。