CN104868779B - 用于墙体表面的发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于墙体表面的发电装置，用于解决现有的发电装置无法对建筑物的墙体周围所蕴藏的自然能源加以利用的问题。该发电装置包括摩擦发电机，摩擦发电机进一步包括：设置在墙体表面的第一电极层，以及设置在第一电极层表面的第二电极层，其中，第一电极层为平板状电极层，其包括设置在墙体表面的第一电极；第二电极层为具有多个凸起结构的电极层，每个凸起结构与第一电极层之间形成一个密闭空腔；其中，第二电极层包括层叠设置的第二高分子聚合物绝缘层以及第二电极，第二高分子聚合物绝缘层位于第一电极层和第二电极之间，其中，第一电极和第二电极为摩擦发电机的电能输出端。

Description

用于墙体表面的发电装置

技术领域

本发明涉及发电领域，具体涉及一种用于墙体表面的发电装置。

背景技术

目前，在城市的街道两侧存在大量的建筑物。在街道中，以及两幢大楼之间，就像山区中的风口一样，流线密集，风速加大，甚至可以在本无大风的情况下制造出局地大风来。另外，在一幢高层建筑物的周围也能出现大风区，即高楼前的涡游流区和绕大楼两侧的角流区，这就是所谓的“城市风”。上述地方的风速都要比平地风速大30％左右。

由此可见，在建筑物的墙体周围，蕴藏着大量的风能，如果能将这些风能用于发电，势必会节约大量的传统能源。但是，现有技术中还没有能够对建筑物的墙体周围所蕴藏的风能加以利用的发电装置。

另外，在建筑物的墙体周围，除了蕴藏着大量的风能之外，在阴雨天气或冰雹天气还蕴藏着各种各样的自然能源，例如，雨水产生的能量以及冰雹产生的能量等。现有技术中同样没有对这些自然能源加以利用的发电装置。

发明内容

本发明提供一种用于墙体表面的发电装置，用于解决现有的发电装置无法对建筑物的墙体周围所蕴藏的自然能源加以利用的问题。

一种用于墙体表面的发电装置，其特征在于，所述发电装置包括摩擦发电机，所述摩擦发电机进一步包括：设置在所述墙体表面的第一电极层，以及设置在所述第一电极层表面的第二电极层，其中，所述第一电极层为平板状电极层，其包括设置在所述墙体表面的第一电极；所述第二电极层为具有多个凸起结构的电极层，每个凸起结构与所述第一电极层之间形成一个密闭空腔，所述密闭空腔的上表面和所述密闭空腔的下表面在受到压力时能够接触并作为摩擦界面相互摩擦；其中，所述第二电极层包括层叠设置的第二高分子聚合物绝缘层以及第二电极，所述第二高分子聚合物绝缘层位于所述第一电极层和所述第二电极之间，其中，所述第一电极和所述第二电极为所述摩擦发电机的电能输出端。

在本发明提供的发电装置中，由设置在墙体表面的第一电极层以及设置在第一电极层表面的第二电极层来构成摩擦发电机，其中，第一电极层为平板状电极层，第二电极层为具有多个凸起结构的电极层，其中，第二电极层上的每个凸起结构与第一电极层之间形成一个密闭空腔，该密闭空腔内具有一定的气压。当墙体表面受到自然力（如风力、雨水击打力等）作用时，第二电极层在自然力作用下受到挤压，使凸起结构的形状发生改变，进而与第一电极层相互接触；当自然力作用消失或减弱时，由于密闭空腔内的气压作用导致凸起结构恢复原状，进而与第一电极层相互分离，通过第二电极层与第一电极层之间的反复接触和分离，就会在第一电极和第二电极之间产生交变的电信号，实现自然能源向电能的转换。因此，通过本发明提供的发电装置，能够对建筑物的墙体周围所蕴藏的自然能源加以利用，且该发电装置同时具有结构简单，制备方便，价格低廉，轻便易安装等诸多优点，适合大规模使用。

附图说明

图1示出了本发明提供的用于墙体表面的发电装置的剖面结构示意图；

图2a示出了本发明实施例一提供的发电装置中的摩擦发电机的剖面结构示意图；

图2b示出了实施例一中的摩擦发电机的一种改进实现方式的示意图；

图3a示出了本发明实施例二提供的发电装置中的摩擦发电机的剖面结构示意图；

图3b示出了实施例二中的摩擦发电机的一种改进实现方式的示意图；

图3c示出了实施例二中的摩擦发电机的另一种改进实现方式的示意图；

图4示出了第二电极层上的凸起结构的示意图；

图5a和图5b分别示出了当设置有第三高分子聚合物绝缘层时，第一电极和第二电极之间的连接关系的两种示意图；以及

图6a至图6c示出了雨滴在第二电极表面感应电荷的原理示意图。

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。

为了解决现有的发电装置无法对建筑物的墙体周围所蕴藏的自然能源加以利用的问题，本发明提供了一种用于墙体表面的发电装置。

图1示出了本发明提供的用于墙体表面的发电装置的结构示意图，如图1所示，该发电装置包括摩擦发电机，该摩擦发电机进一步包括：设置在墙体表面的第一电极层，以及设置在第一电极层表面的第二电极层。其中，第一电极层为平板状电极层，其包括设置在墙体表面的第一电极11；第二电极层为具有多个凸起结构的电极层，每个凸起结构与第一电极层之间形成一个密闭空腔，该密闭空腔的上表面和下表面在受到压力时能够接触并作为摩擦界面相互摩擦（具体地，第二电极层上的凸起结构作为密闭空腔的上表面，第一电极层上与凸起结构相对的部位作为密闭空腔的下表面，这里的上表面和下表面是相对于密闭空腔本身而言的，与摩擦发电机的放置角度无关）。其中，第二电极层包括层叠设置的第二高分子聚合物绝缘层12以及第二电极13，第二高分子聚合物绝缘层12位于第一电极层和第二电极13之间，其中，第一电极11和第二电极13为该摩擦发电机的电能输出端。

在图1所示的发电装置中，由设置在墙体表面的第一电极层以及设置在第一电极层表面的第二电极层来构成摩擦发电机，其中，第一电极层为平板状电极层，第二电极层为具有多个凸起结构的电极层，其中，第二电极层上的每个凸起结构与第一电极层之间形成一个密闭空腔，该密闭空腔内具有一定的气压。当墙体表面受到自然力（如风力、雨水击打力）作用时，第二电极层在自然力作用下受到挤压，使凸起结构的形状发生改变，进而与第一电极层相互接触；当自然力作用消失或减弱时，由于密闭空腔内的气压作用导致凸起结构恢复原状，进而与第一电极层相互分离，通过第二电极层与第一电极层之间的反复接触和分离，就会在第一电极和第二电极之间产生交变的电信号，实现自然能源向电能的转换。

在具体实施时，上述的摩擦发电机既可以设置在建筑物的外部墙体的表面，也可以设置在建筑物的内部墙体的表面。当设置在建筑物的外部墙体的表面时，可以充分利用背景技术中提到的“城市风”和雨水能量来实现摩擦发电；当设置在建筑物的内部墙体的表面时，可以利用走廊内的微风、行人的按压来发电。优选地，将上述的摩擦发电机设置在建筑物的外部墙体的表面。

另外，为了对摩擦发电机发出的电量加以利用，本发明中的发电装置还可以进一步包括蓄电部件和用电部件。其中，蓄电部件的输入端与摩擦发电机的输出端相连，用于对摩擦发电机产生的电能进行存储，具体可通过电池（如锂电池、镍氢电池）、超级电容器等储能元件来实现。用电部件与蓄电部件的输出端相连，具体地，根据实际需求，用电部件可以是设置在建筑物走廊内壁的LED灯、USB接口和/或报警装置等任何小功率器件。这样，当建筑物内的住户在夜间行走时，可以通过LED灯实现照明，且无需耗费传统的电能。而且，走廊内壁的USB接口可以为用户提供随时充电等便利服务，走廊内壁的报警装置可以方便用户迅速报警。本领域技术人员还可以根据实际需求来设定用电部件的类型，以满足用户的各类需求。

另外，由于摩擦发电机所产生的电能通常为交流电能，因此，上述的蓄电部件进一步包括：与储能元件相连的交直流转换器，用于将摩擦发电机输出的交流电信号转换为直流电信号，并提供给储能元件存储。其中，上述的交直流转换器进一步包括：与摩擦发电机相连的、将所述摩擦发电机输出的交流电信号进行整流的整流器；与所述整流器相连的、将所述整流器输出的单向脉动的直流信号中剩余的交流分量进行滤波的滤波器；与所述滤波器相连的、将所述滤波器输出的单向脉动的直流信号进行稳压处理得到恒定的电信号的稳压器。

而且，本发明提供的发电装置还可以结合太阳能电池进行发电，实现风能和太阳能的双重利用。此时，为了方便设置，优选薄膜太阳能电池，以提高整体发电装置的输出电能。

优选地，还可以在本发明的摩擦发电机的外表面设置防水层，以适应各种使用环境。

由于摩擦发电机是本发明中的核心部件，因此，下面将通过几个具体实施例详细介绍一下本发明提供的发电装置中的摩擦发电机的结构。

实施例一、

图2a示出了本发明实施例一提供的发电装置中的摩擦发电机的结构示意图。如图2a所示，该摩擦发电机包括：设置在墙体表面的第一电极21、设置在第一电极21表面的第二高分子聚合物绝缘层22、以及设置在第二高分子聚合物绝缘层22表面的第二电极23。上述的第一电极21构成第一电极层；上述的第二高分子聚合物绝缘层22和第二电极23构成第二电极层。

通过图2a可以看出，由第一电极21构成的第一电极层为平板状电极层，其直接通过贴合固定方式（例如胶粘等）设置在墙体的表面。由第二高分子聚合物绝缘层22和第二电极23构成的第二电极层为具有多个凸起结构的电极层。其中，第二高分子聚合物绝缘层22可以通过聚合物薄膜来实现，并且可以制作为图4所示的结构，从图4中可以看出，第二高分子聚合物绝缘层上具有若干个凸起结构，每个凸起结构呈正方体形，且各个凸起结构按照矩阵形式规则排布。在实际情况中，本领域技术人员也可以对凸起结构的形状和排布方式进行灵活调整，例如，可以将凸起结构设置为球形、半球形、锥体形等多种形状，排布方式也可以根据局部风力的强弱来调整凸起结构的排布密度，例如，将风力强的区域的凸起结构的密度排布得较大，而将风力弱的区域的凸起结构的密度排布得较小。上述的第二高分子聚合物绝缘层22通过直接放置或贴合固定等多种方式设置在第一电极21的表面，第二高分子聚合物绝缘层22上的每个凸起结构与第一电极21之间形成一个具有一定气压的密闭空腔，该密闭空腔的上表面为第二高分子聚合物绝缘层，下表面为第一电极（这里的上表面和下表面是相对于空腔而言的，与摩擦发电机本身的放置角度无关）。第二电极23通过磁控溅射或涂布等方式设置于第二高分子聚合物绝缘层22上，形成与第二高分子聚合物绝缘层22相同的结构。第二电极23与第二高分子聚合物绝缘层22之间没有空隙。由此可见，第二电极层是由第二高分子聚合物绝缘层22以及第二电极23构成的双层结构。整个摩擦发电机是由单层的第一电极层和双层的第二电极层所构成的三层结构的发电机，其中，第二高分子聚合物绝缘层22位于第一电极21和第二电极23之间，用于与第一电极21相互摩擦，从而在第一电极21和第二电极23之间产生电荷，因此，第一电极21和第二电极23是该摩擦发电机的两个电能输出端。

下面具体介绍一下上述摩擦发电机的工作原理：当风力（或其他外力）作用于该摩擦发电机时，将导致第二电极层中的各个凸起结构受到挤压而发生形变，从而使密闭空腔的上表面（即：第二高分子聚合物绝缘层22）与密闭空腔的下表面（即：第一电极21）之间相互摩擦产生静电荷，该静电荷的产生会使第一电极21和第二电极23之间的电容发生改变，从而导致第一电极21和第二电极23之间出现电势差。由于第一电极21和第二电极23之间的电势差的存在，自由电子将通过外电路（例如可以通过导线连接第一电极和第二电极的方式来构成该外电路）由电势低的一侧电极流向电势高的一侧电极，从而在外电路中形成电流。当风力减弱或消失时，第二电极层中的各个凸起结构因其内部气压的存在而迅速恢复到原来的凸起状态，这时形成在第一电极和第二电极之间的内电势消失，由于摩擦发电机的第一电极和第二电极之间的第二高分子聚合物绝缘层为绝缘结构，该绝缘结构可以防止自由电子在摩擦发电机内部中和，此时已平衡的第一电极和第二电极之间将再次产生反向的电势差，从而在外电路中形成反向电流。由此可见，在风力的吹动下，摩擦发电机中的凸起结构不断地发生形变，又不断地恢复原状，从而产生出交流的电信号。

由此可见，在图2a所示的摩擦发电机中，由于第二电极层具有多个凸起结构，从而与第一电极层之间形成内有一定气压的密闭空腔，能够在受到挤压并发生摩擦之后迅速恢复原状，因而能够促使由第一电极和第二高分子聚合物绝缘层构成的两个摩擦界面迅速分离，以便为两个摩擦界面之间的下次摩擦做好准备。这种设置方式避免了由于摩擦发电机各层结构老化而导致的两个摩擦界面无论是否受力都相互贴合在一起，无法分离，从而影响发电效果的问题。为了更好地实现密闭空腔的上述作用，可以控制密闭空腔内充入气体的压强，以实现最佳的发电效果。发明人通过研究发现，当密闭空腔内充入的气体的压强大于一个大气压时，密闭空腔完全膨胀，导致密闭空腔的上下表面无法接触摩擦；而当密闭空腔内充入的气体的压强小于一个大气压时，密闭空腔完全被压缩，其上下表面相互贴合，从而无法实现摩擦界面的分离。因此，当密闭空腔内的气体压强为一个大气压时，可以实现最佳的摩擦发电效果。

另外，除了控制密闭空腔内的压强之外，还需要控制密闭空腔内充入的气体量，具体地，在保证密闭空腔内大气压强为一个大气压的前提下，密闭空腔内所能填充的最多气体量为n_max，而当密闭空腔的上下表面几乎贴近时所填充的最少气体量为n_min，n_min可近似为零，上述两种极限情况都不能实现最佳摩擦效果，例如，当气体量为n_max时，上下表面无法很好地接触摩擦，而当气体量为n_min，上下表面无法有效分离，因此，密闭空腔内的最佳充气量应该介于n_min与n_max之间。

由于n_min与n_max之间的波动范围较大，因此，为了更准确地限定密闭空腔内的最佳充气量，下面给出一种更为具体的限定方式：首先，本发明中的摩擦发电机靠风力或雨滴的自然力来驱动，因此该发电机的外层聚合物（第二高分子聚合物绝缘层）选用柔性轻薄的材料。因此，当本发明中的摩擦发电机制作完成后，每个密闭空腔的最大体积也就是柔性的第二高分子聚合物绝缘层完全撑开时所对应的体积，假设该体积为V_max，当密闭空腔的体积为V_max时，腔内充入的气体量导致腔内压强等于大气压强；而当腔内充入的气体量较少时，由于外界大气压强的作用，再加上发电机的第二高分子聚合物绝缘层为柔性的特性，导致此时空腔的体积小于V_max，若忽略重力影响，此时腔体内部压强等于大气压强。因此由理想气体状态方程PV=nRT，（RT为定值）可知，只要充入气体的量小于n_max=P Vmax/RT,空腔的体积就会小于V_max，此时腔内压强约等于大气压强，此时充入的气体量n的范围如下：0<n≤n-_max，优选地，充入的气体量在n_max的10%-60%之间。换句话说，在上述方式中，首先，定义了一个n_max，即最大充气量，这个充气量是保证密闭空腔刚好充满，且不受外力时与外界气压平衡状态时的充气量，这个状况下可以实现接触分离。然后，充气量小于n_max时，由于空腔壁为柔性的，所以在外界大气压压迫下，空腔体积会自然缩小，以保持平衡，所以，内部气压会与外部气压平衡，这个时候，空腔中还会有空隙，以保证接触分离。因此，充气量的变化会有一个范围，优选地，该范围在n_max的10%-60%之间。综上所述，在本发明中，通过控制密闭空腔内填充的气体量，使所述密闭空腔内的气压等于一个大气压强，并且，使所述密闭空腔的上表面和下表面在不受外力时相互分离，且在受到外力时能够相互接触。

图2b示出了实施例一中的摩擦发电机的一种改进实现方式。图2b所示结构与图2a所示结构不同之处在于：在第二高分子聚合物绝缘层22上形成凸起结构的部位处具有朝向第一电极21的突起部分。如图2b所示，在第二高分子聚合物绝缘层22的每个凸起结构的内部都具有一个朝向第一电极21的突起部分，该突起部分的形状可以是图2b中的一个正方体形，也可以是半圆球形等其他形状。为了实现该突起部分，可以在第二高分子聚合物绝缘层22的每个凸起结构的内部制作一个实心的突起，或者也可以在第二高分子聚合物绝缘层22的每个凸起结构的内部制作一个空心的凹陷，本发明对该突起部分的具体制作方式不做限定。该突起部分的主要作用在于缩短第二高分子聚合物绝缘层22的每个凸起结构的内表面与第一电极21之间的距离（即密闭空腔的上下表面之间的距离），使二者在风力作用下更容易发生接触摩擦，从而提高摩擦发电机的输出功率。另外，除了图2b所示的方式之外，也可以在每个凸起结构的内部制作多个突起部分。

根据发明人的研究发现，金属与高分子聚合物摩擦，金属更易失去电子，因此，在实施例一中，采用金属制成的第一电极与第二高分子聚合物绝缘层摩擦能够提高能量输出。因此，实施例一中的摩擦发电机主要通过金属（第一电极）与聚合物（第二高分子聚合物绝缘层）之间的摩擦来产生电信号，主要利用了金属容易失去电子的特性，使第一电极与第二高分子聚合物绝缘层之间形成感应电场，从而产生电压或电流。

实施例二、

与实施例一中的三层结构的摩擦发电机不同，实施例二中的摩擦发电机为四层结构，其与实施例一的主要区别在于：增加了第一高分子聚合物绝缘层。

图3a示出了本发明实施例二提供的发电装置中的摩擦发电机的剖面结构示意图。如图3a所示，该摩擦发电机包括：设置在墙体表面的第一电极31、设置在第一电极31表面的第一高分子聚合物绝缘层32、设置在第一高分子聚合物绝缘层32表面的第二高分子聚合物绝缘层33、以及设置在第二高分子聚合物绝缘层33表面的第二电极34。上述的第一电极31和第一高分子聚合物绝缘层32构成第一电极层；上述的第二高分子聚合物绝缘层33和第二电极34构成第二电极层。

具体地，第一电极31和第一高分子聚合物绝缘层32可以通过固定（如胶粘）或非固定（如直接放置）等方式层叠在一起构成第一电极层。该第一电极层为平板状电极层，该平板状电极层可以通过胶粘等贴合固定方式设置在墙体的表面，具体设置时，使第一电极31与墙体表面直接接触。

由第二高分子聚合物绝缘层33和第二电极34构成的第二电极层是具有多个凸起结构的电极层。与实施例一类似，第二高分子聚合物绝缘层33可以通过聚合物薄膜来实现，并且可以制作为图4所示的结构，从图4中可以看出，第二高分子聚合物绝缘层33上具有若干个凸起结构，每个凸起结构呈正方体形，且各个凸起结构按照矩阵形式规则排布。上述的第二高分子聚合物绝缘层33通过直接放置或贴合固定等多种方式设置在第一高分子聚合物绝缘层32的表面，第二高分子聚合物绝缘层33上的每个凸起结构与第一高分子聚合物绝缘层32之间形成一个具有一定气压的密闭空腔，该密闭空腔的上表面为第二高分子聚合物绝缘层，下表面为第一高分子聚合物绝缘层。第二电极34通过磁控溅射或涂布等方式设置于第二高分子聚合物绝缘层33上，形成与第二高分子聚合物绝缘层33相同的结构。第二电极34与第二高分子聚合物绝缘层33之间没有空隙。

由此可见，上述的第一电极层是由第一高分子聚合物绝缘层32以及第一电极31构成的双层结构，第二电极层是由第二高分子聚合物绝缘层33以及第二电极34构成的双层结构。整个摩擦发电机是由双层的第一电极层和双层的第二电极层所构成的四层结构的发电机，其中，第二高分子聚合物绝缘层和第一高分子聚合物绝缘层位于第一电极和第二电极之间，用于作为两个摩擦界面相互摩擦，从而在第一电极和第二电极之间产生电荷，因此，第一电极和第二电极是该摩擦发电机的两个电能输出端。实施例二中的摩擦发电机的发电原理与实施例类似，此处不再赘述，区别仅在于：实施例一中是通过第一电极和第二高分子聚合物绝缘层作为两个摩擦界面进行摩擦的，实施例二中是通过第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层作为两个摩擦界面进行摩擦的，但实质上都是通过密闭空腔的上下表面进行摩擦。

在图3a所示的摩擦发电机中，由于第二电极层具有多个凸起结构，从而与第一电极层之间形成内有一定气压的密闭空腔，能够在受到挤压并发生摩擦之后迅速恢复原状，因而能够促使由第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层构成的两个摩擦界面迅速分离，以便为两个摩擦界面之间的下次摩擦做好准备。这种设置方式避免了由于摩擦发电机各层结构老化而导致的两个摩擦界面无论是否受力都相互贴合在一起，无法分离，从而影响发电效果的问题。

图3b示出了实施例二中的摩擦发电机的一种改进实现方式。图3b所示结构与图3a所示结构不同之处在于：在第二高分子聚合物绝缘层33上形成凸起结构的部位处具有朝向第一高分子聚合物绝缘层32的突起部分。如图3b所示，在第二高分子聚合物绝缘层33的每个凸起结构的内部都具有一个朝向第一高分子聚合物绝缘层32的突起部分，该突起部分的形状可以是图3b中的正方体形，也可以是半圆球形等其他形状。为了实现该突起部分，优选地可以在第二高分子聚合物绝缘层33的每个凸起结构的内部制作一个实心的突起，或者也可以通过其他方式实现，例如将第二高分子聚合物绝缘层33的每个凸起结构的顶部制作为空心的凹陷状，本发明对该突起部分的具体制作方式不做限定。该突起部分的主要作用在于缩短第二高分子聚合物绝缘层33的每个凸起结构的内表面与第一高分子聚合物绝缘层32之间的距离，即缩短密闭空腔的上下表面之间的距离，使二者在风力作用下更容易发生接触摩擦，从而提高摩擦发电机的输出功率。另外，除了图2b所示的方式之外，也可以在每个凸起结构的内部制作多个突起部分。

图3c示出了实施例二中的摩擦发电机的另一种改进实现方式。图3c所示结构与图3a所示结构不同之处在于：在第一高分子聚合物绝缘层32上与第二高分子聚合物绝缘层33的每个凸起结构相对的部位处具有朝向第二高分子聚合物绝缘层33的突起部分。如图3c所示，在第一高分子聚合物绝缘层32上与每个凸起结构相对的部位都具有一个朝向第二高分子聚合物绝缘层33的突起部分，该突起部分的形状可以是图3c中的正方体形，也可以是半圆球形等其他形状。为了实现该突起部分，可以在第一高分子聚合物绝缘层32上与每个凸起结构相对的位置制作一个实心的突起，或者也可以将第一高分子聚合物绝缘层32上与每个凸起结构相对的位置制作为空心的隆起状，本发明对该突起部分的具体制作方式不做限定。该突起部分的主要作用在于缩短第二高分子聚合物绝缘层33的每个凸起结构的内表面与第一高分子聚合物绝缘层32之间的距离，即缩短密闭空腔的上下表面之间的距离，使二者在风力作用下更容易发生接触摩擦，从而提高摩擦发电机的输出功率。

由此可见，图3b和图3c中的改进原理相同，都是通过制作突起部分来缩短作为摩擦界面的密闭空腔的上下表面之间的距离，从而改善摩擦效果。在实际情况中，也可以将图3b和图3c中的改进方式同时应用到图3a所示的摩擦发电机中，即：在第二高分子聚合物绝缘层33上形成凸起结构的部位处具有朝向第一高分子聚合物绝缘层32的突起部分，且在第一高分子聚合物绝缘层32上与第二高分子聚合物绝缘层33的每个凸起结构相对的部位处也具有朝向第二高分子聚合物绝缘层33的突起部分，根据摩擦发电机的材质的柔韧程度来设定两个突起部分之间的距离，以达到最佳的摩擦效果。

总的来说，实施例二中的摩擦发电机主要是通过聚合物（第一高分子聚合物绝缘层）与聚合物（第二高分子聚合物绝缘层）之间的摩擦进行发电的。

实施例三、

与实施例二中的四层结构的摩擦发电机不同，实施例三中的摩擦发电机为五层结构，其与实施例二的主要区别在于：增加了居间薄膜层，该居间薄膜层位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。

在实施例三的第一种实现方式中，居间薄膜层属于第一电极层，此时，可以将居间薄膜层制作成与第一高分子聚合物绝缘层相同的平板状。相应地，在实施例三的第一种实现方式中，该摩擦发电机包括：设置在墙体表面的第一电极、设置在第一电极表面的第一高分子聚合物绝缘层、设置在第一高分子聚合物绝缘层表面的居间薄膜层、设置在居间薄膜层表面的第二高分子聚合物绝缘层、以及设置在第二高分子聚合物绝缘层表面的第二电极。上述的第一电极、第一高分子聚合物绝缘层和居间薄膜层构成第一电极层；上述的第二高分子聚合物绝缘层和第二电极构成第二电极层。

具体地，第一电极、第一高分子聚合物绝缘层和居间薄膜层之间可以通过固定（如胶粘）或非固定（如直接放置）等方式依次层叠在一起构成第一电极层。该第一电极层为平板状电极层，该平板状电极层可以通过胶粘等贴合固定方式设置在墙体的表面，具体设置时，使第一电极与墙体表面直接接触，第一高分子聚合物绝缘层位于第一电极和居间薄膜层之间。

由第二高分子聚合物绝缘层和第二电极构成的第二电极层是具有多个凸起结构的电极层。与实施例二类似，第二高分子聚合物绝缘层可以通过聚合物薄膜来实现，并且可以制作为图4所示的结构，从图4中可以看出，第二高分子聚合物绝缘层上具有若干个凸起结构，每个凸起结构呈正方体形，且各个凸起结构按照矩阵形式规则排布。上述的第二高分子聚合物绝缘层通过直接放置或贴合固定等多种方式设置在居间薄膜层的表面，第二高分子聚合物绝缘层上的每个凸起结构与居间薄膜层之间形成一个具有一定气压的密闭空腔。第二电极通过磁控溅射或涂布等方式设置于第二高分子聚合物绝缘层上，形成与第二高分子聚合物绝缘层相同的结构。第二电极与第二高分子聚合物绝缘层33之间没有空隙。

由此可见，上述的第一电极层是由居间薄膜层、第一高分子聚合物绝缘层以及第一电极构成的三层结构，第二电极层是由第二高分子聚合物绝缘层以及第二电极构成的双层结构。整个摩擦发电机是由三层的第一电极层和双层的第二电极层所构成的五层结构的发电机，其中，第二高分子聚合物绝缘层和居间薄膜层作为两个摩擦界面相互摩擦，从而在第一电极和第二电极之间产生电荷，因此，第一电极和第二电极是该摩擦发电机的两个电能输出端。实施例三的第一种方式中的摩擦发电机的发电原理与实施例一类似，此处不再赘述，区别仅在于：实施例一中是通过第一电极和第二高分子聚合物绝缘层作为两个摩擦界面进行摩擦的，实施例三的第一种方式中是通过居间薄膜层和第二高分子聚合物绝缘层作为两个摩擦界面进行摩擦的，其中，在实施例三的第一种方式中，由于密闭空腔的下表面为居间薄膜层，密闭空腔的上表面为第二高分子聚合物绝缘层，因此其实质上也是通过密闭空腔的上下表面作为摩擦界面进行摩擦的。

在实施例三的第一种实现方式中的摩擦发电机同样可以参照实施例二的图3b和/或图3c中的改进方式加以改进。具体地，当参照图3b中的改进方式进行改进时，可以在第二高分子聚合物绝缘层上形成凸起结构的部位处设置朝向居间薄膜层的突起部分。例如，在第二高分子聚合物绝缘层的每个凸起结构的内部都具有一个朝向居间薄膜层的突起部分，该突起部分的形状可以是图3b中的正方体形，也可以是半圆球形等其他形状。为了实现该突起部分，优选地可以在第二高分子聚合物绝缘层的每个凸起结构的内部制作一个实心的突起，或者也可以通过其他方式实现，例如将第二高分子聚合物绝缘层的每个凸起结构的顶部制作为空心的凹陷状，本发明对该突起部分的具体制作方式不做限定。该突起部分的主要作用在于缩短第二高分子聚合物绝缘层的每个凸起结构的内表面与居间薄膜层之间的距离，即密闭空腔的上下表面之间的距离，使二者在风力作用下更容易发生接触摩擦，从而提高摩擦发电机的输出功率。

当参照图3c中的改进方式进行改进时，可以在居间薄膜层上与第二高分子聚合物绝缘层的每个凸起结构相对的部位处设置朝向第二高分子聚合物绝缘层的突起部分。例如，在居间薄膜层上与每个凸起结构相对的部位都具有一个朝向第二高分子聚合物绝缘层的突起部分，该突起部分的形状可以是图3c中的正方体形，也可以是半圆球形等其他形状。为了实现该突起部分，可以在居间薄膜层上与每个凸起结构相对的位置制作一个实心的突起。该突起部分的主要作用在于缩短第二高分子聚合物绝缘层的每个凸起结构的内表面与居间薄膜层之间的距离，使二者在风力作用下更容易发生接触摩擦，从而提高摩擦发电机的输出功率。

在实施例三的第二种实现方式中，居间薄膜层属于第二电极层，此时，可以将居间薄膜层制作成与第二高分子聚合物绝缘层相同的具有多个凸起结构的形状。相应地，在实施例三的第二种实现方式中，该摩擦发电机包括：设置在墙体表面的第一电极、设置在第一电极表面的第一高分子聚合物绝缘层、设置在第一高分子聚合物绝缘层表面的居间薄膜层、设置在居间薄膜层表面的第二高分子聚合物绝缘层、以及设置在第二高分子聚合物绝缘层表面的第二电极。上述的第一电极、第一高分子聚合物绝缘层构成第一电极层；上述的居间薄膜层、第二高分子聚合物绝缘层和第二电极构成第二电极层。

具体地，第一电极、第一高分子聚合物绝缘层之间可以通过固定（如胶粘）或非固定（如直接放置）等方式层叠在一起构成第一电极层。该第一电极层为平板状电极层，该平板状电极层可以通过胶粘等贴合固定方式设置在墙体的表面，具体设置时，使第一电极与墙体表面直接接触，第一高分子聚合物绝缘层位于第一电极和居间薄膜层之间。

由居间薄膜层、第二高分子聚合物绝缘层和第二电极构成的第二电极层是具有多个凸起结构的电极层。与实施例二类似，居间薄膜层和第二高分子聚合物绝缘层都可以通过聚合物薄膜来实现，并且均可以制作为图3所示的结构，从图3中可以看出，居间薄膜层和第二高分子聚合物绝缘层上都具有若干个凸起结构，每个凸起结构呈正方体形，且各个凸起结构按照矩阵形式规则排布。由于居间薄膜层和第二高分子聚合物绝缘层的形状相同，因此，可以将居间薄膜层和第二高分子聚合物绝缘层通过固定或非固定等方式层叠在一起构成双层聚合物薄膜，然后再将第二电极通过磁控溅射或涂布等方式设置于第二高分子聚合物绝缘层上，形成与第二高分子聚合物绝缘层相同的结构。第二电极与第二高分子聚合物绝缘层33之间没有空隙。另外，上述的居间薄膜层通过直接放置或贴合固定等多种方式设置在第一高分子聚合物绝缘层的表面，居间薄膜层上的每个凸起结构与第一高分子聚合物绝缘层之间形成一个具有一定气压的密闭空腔。

由此可见，上述的第一电极层是由第一高分子聚合物绝缘层以及第一电极构成的双层结构，第二电极层是由居间薄膜层、第二高分子聚合物绝缘层以及第二电极构成的三层结构。整个摩擦发电机是由双层的第一电极层和三层的第二电极层所构成的五层结构的发电机，其中，第一高分子聚合物绝缘层和居间薄膜层作为两个摩擦界面相互摩擦，从而在第一电极和第二电极之间产生电荷，因此，第一电极和第二电极是该摩擦发电机的两个电能输出端。实施例三的第二种方式中的摩擦发电机的发电原理与实施例一类似，此处不再赘述，区别仅在于：实施例一中是通过第一电极和第二高分子聚合物绝缘层作为两个摩擦界面进行摩擦的，实施例三的第二种方式中是通过居间薄膜层和第一高分子聚合物绝缘层作为两个摩擦界面进行摩擦的。其中，在实施例三的第二种方式中，由于密闭空腔的下表面为第一高分子聚合物绝缘层，密闭空腔的上表面为居间薄膜层，因此其实质上也是通过密闭空腔的上下表面作为摩擦界面进行摩擦的。

在实施例三的第二种实现方式中的摩擦发电机同样可以参照实施例二的图3b和/或图3c中的改进方式加以改进。具体地，当参照图3b中的改进方式进行改进时，可以在居间薄膜层上形成凸起结构的部位处设置朝向第一高分子聚合物绝缘层的突起部分。例如，在居间薄膜层的每个凸起结构的内部都具有一个朝向第一高分子聚合物绝缘层的突起部分，该突起部分的形状可以是图3b中的正方体形，也可以是半圆球形等其他形状。为了实现该突起部分，优选地可以在居间薄膜层的每个凸起结构的内部制作一个实心的突起，或者也可以通过其他方式实现，例如将居间薄膜层的每个凸起结构的顶部制作为空心的凹陷状，本发明对该突起部分的具体制作方式不做限定。该突起部分的主要作用在于缩短居间薄膜层的每个凸起结构的内表面与第一高分子聚合物绝缘层之间的距离，使二者在风力作用下更容易发生接触摩擦，从而提高摩擦发电机的输出功率。

当参照图3c中的改进方式进行改进时，可以在第一高分子聚合物绝缘层上与居间薄膜层的每个凸起结构相对的部位处设置朝向居间薄膜层的突起部分。例如，在第一高分子聚合物绝缘层上与每个凸起结构相对的部位都具有一个朝向居间薄膜层的突起部分，该突起部分的形状可以是图3c中的正方体形，也可以是半圆球形等其他形状。为了实现该突起部分，可以在第一高分子聚合物绝缘层上与每个凸起结构相对的位置制作一个实心的突起。该突起部分的主要作用在于缩短居间薄膜层的每个凸起结构的内表面与第一高分子聚合物绝缘层之间的距离，使二者在风力作用下更容易发生接触摩擦，从而提高摩擦发电机的输出功率。

实施例四、

与实施例二中的四层结构的摩擦发电机不同，实施例四中的摩擦发电机为五层结构，其与实施例二的主要区别在于：增加了居间电极层，该居间电极层位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。换言之，实施例四与实施例三的主要区别在于：用能够导电的居间电极层替换了绝缘的居间薄膜层，此时，居间电极层与第一电极和第二电极共同作为摩擦发电机的电能输出端。

在实施例四的第一种实现方式中，居间电极层属于第一电极层，此时，可以将居间电极层制作成与第一高分子聚合物绝缘层相同的平板状。相应地，在实施例四的第一种实现方式中，该摩擦发电机包括：设置在墙体表面的第一电极、设置在第一电极表面的第一高分子聚合物绝缘层、设置在第一高分子聚合物绝缘层表面的居间电极层、设置在居间电极层表面的第二高分子聚合物绝缘层、以及设置在第二高分子聚合物绝缘层表面的第二电极。上述的第一电极、第一高分子聚合物绝缘层和居间电极层构成第一电极层；上述的第二高分子聚合物绝缘层和第二电极构成第二电极层。

具体地，第一电极、第一高分子聚合物绝缘层和居间电极层之间可以通过固定（如胶粘）或非固定（如直接放置）等方式依次层叠在一起构成第一电极层。该第一电极层为平板状电极层，该平板状电极层可以通过胶粘等贴合固定方式设置在墙体的表面，具体设置时，使第一电极与墙体表面直接接触，第一高分子聚合物绝缘层位于第一电极和居间电极层之间。

由第二高分子聚合物绝缘层和第二电极构成的第二电极层是具有多个凸起结构的电极层。与实施例二类似，第二高分子聚合物绝缘层可以通过聚合物薄膜来实现，并且可以制作为图4所示的结构，从图4中可以看出，第二高分子聚合物绝缘层上具有若干个凸起结构，每个凸起结构呈正方体形，且各个凸起结构按照矩阵形式规则排布。上述的第二高分子聚合物绝缘层通过直接放置或贴合固定等多种方式设置在居间电极层的表面，第二高分子聚合物绝缘层上的每个凸起结构与居间电极层之间形成一个具有一定气压的密闭空腔。第二电极通过磁控溅射或涂布等方式设置于第二高分子聚合物绝缘层上，形成与第二高分子聚合物绝缘层相同的结构。第二电极与第二高分子聚合物绝缘层之间没有空隙。

由此可见，上述的第一电极层是由居间电极层、第一高分子聚合物绝缘层以及第一电极构成的三层结构，第二电极层是由第二高分子聚合物绝缘层以及第二电极构成的双层结构。整个摩擦发电机是由三层的第一电极层和双层的第二电极层所构成的五层结构的发电机，其中，第二高分子聚合物绝缘层和居间电极层作为两个摩擦界面相互摩擦，从而在第一电极和第二电极之间产生电荷，另外，由于居间电极层上也会产生电荷变化，因此，由居间电极层、第一电极和第二电极共同作为该摩擦发电机的电能输出端，在这三个电能输出端中，可以将其中的两个输出端串联后与第三个输出端共同作为一组摩擦发电机的正负极输出端；或者，也可以将居间电极层与第一电极作为一组摩擦发电机的正负极输出端，将居间电极层与第二电极作为另一组摩擦发电机的正负极输出端。实施例四的第一种方式中的摩擦发电机的发电原理与实施例一类似，此处不再赘述，区别仅在于：实施例一中是通过第一电极和第二高分子聚合物绝缘层作为两个摩擦界面进行摩擦的，实施例四的第一种方式中是通过居间电极层和第二高分子聚合物绝缘层作为两个摩擦界面进行摩擦的。其中，在实施例四的第一种方式中，由于密闭空腔的下表面为居间电极层，密闭空腔的上表面为第二高分子聚合物绝缘层，因此其实质上也是通过密闭空腔的上下表面作为摩擦界面进行摩擦的。

在实施例四的第一种实现方式中的摩擦发电机同样可以参照实施例二的图3b中的改进方式加以改进。具体地，当参照图3b中的改进方式进行改进时，可以在第二高分子聚合物绝缘层上形成凸起结构的部位处设置朝向居间电极层的突起部分。例如，在第二高分子聚合物绝缘层的每个凸起结构的内部都具有一个朝向居间电极层的突起部分，该突起部分的形状可以是图3b中的正方体形，也可以是半圆球形等其他形状。为了实现该突起部分，优选地可以在第二高分子聚合物绝缘层的每个凸起结构的内部制作一个实心的突起，或者也可以通过其他方式实现，例如将第二高分子聚合物绝缘层的每个凸起结构的顶部制作为空心的凹陷状，本发明对该突起部分的具体制作方式不做限定。该突起部分的主要作用在于缩短第二高分子聚合物绝缘层的每个凸起结构的内表面与居间电极层之间的距离，使二者在风力作用下更容易发生接触摩擦，从而提高摩擦发电机的输出功率。

在实施例四的第二种实现方式中，居间电极层属于第二电极层，此时，可以将居间电极层制作成与第二高分子聚合物绝缘层相同的具有多个凸起结构的形状。相应地，在实施例四的第二种实现方式中，该摩擦发电机包括：设置在墙体表面的第一电极、设置在第一电极表面的第一高分子聚合物绝缘层、设置在第一高分子聚合物绝缘层表面的居间电极层、设置在居间电极层表面的第二高分子聚合物绝缘层、以及设置在第二高分子聚合物绝缘层表面的第二电极。上述的第一电极、第一高分子聚合物绝缘层构成第一电极层；上述的居间电极层、第二高分子聚合物绝缘层和第二电极构成第二电极层。

具体地，第一电极、第一高分子聚合物绝缘层之间可以通过固定（如胶粘）或非固定（如直接放置）等方式层叠在一起构成第一电极层。该第一电极层为平板状电极层，该平板状电极层可以通过胶粘等贴合固定方式设置在墙体的表面，具体设置时，使第一电极与墙体表面直接接触，第一高分子聚合物绝缘层位于第一电极和居间电极层之间。

由居间电极层、第二高分子聚合物绝缘层和第二电极构成的第二电极层是具有多个凸起结构的电极层。居间电极层可以通过能够制作电极的材料制作，第二高分子聚合物绝缘层可以通过聚合物薄膜来实现，并且居间电极层和第二高分子聚合物绝缘层均可以制作为图4所示的结构，从图4中可以看出，居间电极层和第二高分子聚合物绝缘层上都具有若干个凸起结构，每个凸起结构呈正方体形，且各个凸起结构按照矩阵形式规则排布。由于居间电极层和第二高分子聚合物绝缘层的形状相同，因此，可以在制作好第二高分子聚合物绝缘层之后，通过磁控溅射或涂布等方式将居间电极层设置在第二高分子聚合物绝缘层的一侧，形成与第二高分子聚合物绝缘层相同的结构；然后，再将第二电极通过磁控溅射或涂布等方式设置于第二高分子聚合物绝缘层的另一侧，也形成与第二高分子聚合物绝缘层相同的结构。另外，上述的居间电极层通过直接放置或贴合固定等多种方式设置在第一高分子聚合物绝缘层的表面，居间电极层上的每个凸起结构与第一高分子聚合物绝缘层之间形成一个具有一定气压的密闭空腔。

由此可见，上述的第一电极层是由第一高分子聚合物绝缘层以及第一电极构成的双层结构，第二电极层是由居间电极层、第二高分子聚合物绝缘层以及第二电极构成的三层结构。整个摩擦发电机是由双层的第一电极层和三层的第二电极层所构成的五层结构的发电机，其中，第一高分子聚合物绝缘层和居间电极层作为两个摩擦界面相互摩擦，从而在第一电极和第二电极之间产生电荷，另外，由于居间电极层上也会产生电荷变化，因此，由居间电极层、第一电极和第二电极共同作为该摩擦发电机的电能输出端，在这三个电能输出端中，可以将其中的两个输出端串联后与第三个输出端共同作为一组摩擦发电机的正负极输出端；或者，也可以将居间电极层与第一电极作为一组摩擦发电机的正负极输出端，将居间电极层与第二电极作为另一组摩擦发电机的正负极输出端。实施例四的第二种方式中的摩擦发电机的发电原理与实施例一类似，此处不再赘述，区别仅在于：实施例一中是通过第一电极和第二高分子聚合物绝缘层作为两个摩擦界面进行摩擦的，实施例四的第二种方式中是通过居间电极层和第一高分子聚合物绝缘层作为两个摩擦界面进行摩擦的。其中，在实施例四的第二种方式中，由于密闭空腔的下表面为第一高分子聚合物绝缘层，密闭空腔的上表面为居间电极层，因此其实质上也是通过密闭空腔的上下表面作为摩擦界面进行摩擦的。

在实施例四的第二种实现方式中的摩擦发电机可以参照实施例二的图3c中的改进方式加以改进。具体地，当参照图3c中的改进方式进行改进时，可以在第一高分子聚合物绝缘层上与居间电极层的每个凸起结构相对的部位处设置朝向居间电极层的突起部分。例如，在第一高分子聚合物绝缘层上与每个凸起结构相对的部位都具有一个朝向居间电极层的突起部分，该突起部分的形状可以是图3c中的正方体形，也可以是半圆球形等其他形状。为了实现该突起部分，可以在第一高分子聚合物绝缘层上与每个凸起结构相对的位置制作一个实心的突起。该突起部分的主要作用在于缩短居间电极层的每个凸起结构的内表面与第一高分子聚合物绝缘层之间的距离，使二者在风力作用下更容易发生接触摩擦，从而提高摩擦发电机的输出功率。

另外，为了进一步提高摩擦界面的摩擦效果，在上述的四个实施例中，还可以进一步在密闭空腔的上表面和/或下表面上设置微纳结构，以使摩擦更加充分。该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。该凹凸结构能够增加摩擦阻力，提高发电效率。所述凹凸结构能够在薄膜制备时直接形成，也能够用打磨的方法使高分子聚合物绝缘层的表面形成不规则的凹凸结构。具体地，该凹凸结构可以是半圆形、条纹状、立方体型、四棱锥型、或圆柱形等形状的凹凸结构。第二种方式为，该微纳结构是纳米级孔状结构，此时作为摩擦界面的一个高分子聚合物绝缘层所用材料优选为聚偏氟乙烯（PVDF），其厚度为0.5-1.2mm（优选1.0mm），且其相对另一摩擦面的面上设有多个纳米孔。其中，每个纳米孔的尺寸，即宽度和深度，可以根据应用的需要进行选择，优选的纳米孔的尺寸为：宽度为10-100nm以及深度为4-50_μm。纳米孔的数量可以根据需要的输出电流值和电压值进行调整，优选的这些纳米孔是孔间距为2-30μm的均匀分布，更优选的平均孔间距为9μm的均匀分布。

介绍完摩擦发电机的各种实现方式之后，集中介绍一下上述实施例一至实施例四中的各层所用的材质：

各个实施例中的第一高分子聚合物绝缘层、第二高分子聚合物绝缘层和居间薄膜层所用的材质均可以分别选自聚酰亚胺薄膜、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、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一种。

其中，对于实施例一中的三层结构的摩擦发电机来说，第二高分子聚合物绝缘层可灵活选用上述的任一材料。对于实施例二中的四层结构的摩擦发电机以及实施例四中的五层结构的摩擦发电机来说，第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层的材质可以相同，也可以不同，如果两层高分子聚合物绝缘层的材质都相同，会导致摩擦起电的电荷量很小，因此优选地，第一高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层的材质不同。对于实施例三中的五层结构的摩擦发电机来说，第一高分子聚合物绝缘层、第二高分子聚合物绝缘层和居间薄膜层的材质可以相同，也可以不同，如果上述三层的材质都相同，会导致摩擦起电的电荷量很小，因此优选地，第一高分子聚合物绝缘层和/或第二高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层的材质不同，第一高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层的材质优选相同，这样能减少材料种类，使本发明的制作更加方便。

各个实施例中的第一电极、第二电极和居间电极层所用材料均可以分别选自铟锡氧化物、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、硒、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。

其中，对于实施例一中的三层结构的摩擦发电机来说，由于第一电极需要作为摩擦电极来使用，而根据发明人的研究发现，金属与高分子聚合物摩擦，金属更易失去电子，因此采用金属电极与高分子聚合物摩擦也能提高能量输出。所以，实施例一中的第一电极优选地采用上述的金属或合金来实现，而不选用铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜，从而能够通过金属（第一电极）与聚合物（第二高分子聚合物绝缘层）之间的摩擦来产生电信号，主要利用了金属容易失去电子的特性，使第一电极与第二高分子聚合物绝缘层之间形成感应电场，从而产生电压或电流。对于其他实施例中的各个电极来说，都可以灵活选用上文提到的各种材料来制作。

另外，优选地，第二电极层中的各层都选用柔性的、软质的材料来制作，以此来提高摩擦效果。并且，在本发明中，由于第二电极层的表面具有多个凸起结构，各个凸起结构彼此之间存在空隙，因而，风力很容易吹入该空隙内，进而促使各个凸起结构发生变形，从而实现摩擦发电的效果。因此，与平板状的电极层相比，将第二电极层设置为具有多个凸起结构的形状，能够使第二电极层与第一电极层更容易发生接触摩擦，从而提高电能输出。

上述四个实施例中描述的摩擦发电机既可以用于收集风能，也可以用于收集雨水能量等其他自然能量。另外，由于雨水在降落过程中本身会带有一定量的电荷，因此，在上述的四个实施例中，还可以对摩擦发电机的结构加以改进，以便能够同时利用静电感应原理而促使摩擦发电机产生更多的电荷。

下面对摩擦发电机的改进结构及其工作原理加以详细阐述：

在上述的四个实施例中，还可以在第二电极层中进一步设置第三高分子聚合物绝缘层。该第三高分子聚合物绝缘层设置在整个摩擦发电机的最外侧，即：第三高分子聚合物绝缘层设置在第二电极的表面，用于与雨水摩擦并在第二电极上感应出与雨水所带电荷的极性相反的感应电荷。

图5a和图5b示出了当图1所示的摩擦发电机进一步设置有第三高分子聚合物绝缘层18时，第一电极11和第二电极13之间的连接关系。在图5a中，可以直接通过导线和电阻将第二电极13与第一电极11连通，即，第一电极11和第二电极13共同作为摩擦发电机的两个电能输出端，由此构成一组外电路。在图5b中，可以将第一电极11和第二电极13分别接地，此时，第一电极11和第二电极13分别单独作为摩擦发电机的电能输出端，由此能够构成两组外电路。

下面详细介绍一下上述改进结构中产生静电感应现象的原理：在图6a中，以图5b中的连接方式为例，示出了水滴（雨滴）在第二电极（金属）表面感应电荷的原理。在图6a中，“聚合物”表示第三高分子聚合物绝缘层，金属表示接地的第二电极。如图6a所示，水滴在空中降落的过程中由于与空气摩擦或其他原因而带有电荷，假设水滴带有的电荷极性为正。当水滴滴落到第三高分子聚合物绝缘层表面后，如图6b所示，水滴与第三高分子聚合物绝缘层表面接触并摩擦，由于静电感应原理，将在第二电极上感应出极性相反的电荷（负电荷），此时自由电子将从大地流向第二电极，使第二电极中有电流通过。当水滴因重力作用而从第三高分子聚合物绝缘层的表面滴落后，如图6c所示，电荷感应作用消失，导致自由电子从第二电极流回大地，使第二电极中有反向电流通过。由此可见，在雨水不断地击打第三高分子聚合物绝缘层，又不断地从第三高分子聚合物绝缘层上滴落的整个过程中，第二电极上将会由于静电感应原理而产生持续的交变电流。假设该交变电流的方向与摩擦发电机因摩擦界面的摩擦而在第一电极和第二电极上感应出的电流方向相同，则会增强摩擦发电机的输出电量，此时，采用图5a所示的电路即可获得增强后的电流。但是，如果该交变电流的方向与摩擦发电机因摩擦界面的摩擦而在第一电极和第二电极上感应出的电流方向相反，则会因电荷的相互抵消而削弱摩擦发电机的输出电量，此时，采用图5b所示的电路，将第二电极和第一电极分别接地，可以避免上述影响。

综上所述，通过本发明提供的发电装置，能够对建筑物的墙体周围所蕴藏的自然能源加以利用，且该发电装置同时具有结构简单，制备方便（制备工艺简单），价格低廉，轻便易安装等诸多优点，适合大规模使用。该发电装置一方面可对建筑外墙起到装饰性作用，另一方面可进行自供电，充分利用城市资源，可用于室内或者室外，起到节约能源、降低能耗的作用。

本领域技术人员可以理解，虽然上述说明中，为便于理解，对方法的步骤采用了顺序性描述，但是应当指出，对于上述步骤的顺序并不作严格限制。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

还可以理解的是，附图或实施例中所示的装置结构仅仅是示意性的，表示逻辑结构。其中作为分离部件显示的模块可能是或者可能不是物理上分开的，作为模块显示的部件可能是或者可能不是物理模块。

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 (12)

1.一种用于墙体表面的发电装置，其特征在于，所述发电装置包括摩擦发电机，所述摩擦发电机进一步包括：设置在所述墙体表面的第一电极层，以及设置在所述第一电极层表面的第二电极层，其中，

所述第一电极层为平板状电极层，其包括设置在所述墙体表面的第一电极；所述第二电极层为具有多个凸起结构的电极层，每个凸起结构与所述第一电极层之间形成一个密闭空腔，所述密闭空腔的上表面和所述密闭空腔的下表面在受到压力时能够接触并作为摩擦界面相互摩擦；

其中，所述第二电极层包括层叠设置的第二高分子聚合物绝缘层以及第二电极，所述第二高分子聚合物绝缘层位于所述第一电极层和所述第二电极之间，其中，所述第一电极和所述第二电极为所述摩擦发电机的电能输出端；

其中，在所述第二高分子聚合物绝缘层上形成所述凸起结构的部位处具有朝向所述第一电极层的突起部分。

2.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述第一电极层进一步包括：设置在所述第一电极表面的第一高分子聚合物绝缘层，所述第一高分子聚合物绝缘层位于所述第一电极和所述第二高分子聚合物绝缘层之间。

3.如权利要求2所述的发电装置，其特征在于，在所述第一高分子聚合物绝缘层上与所述第二电极层的每个凸起结构相对的部位处具有朝向所述第二电极层的突起部分。

4.如权利要求2所述的发电装置，其特征在于，所述第一电极层进一步包括：设置在所述第一高分子聚合物绝缘层表面的居间薄膜层；

其中，所述居间薄膜层位于所述第一高分子聚合物绝缘层和所述第二高分子聚合物绝缘层之间，且所述第二高分子聚合物绝缘层上形成的凸起结构与所述居间薄膜层之间形成密闭空腔。

5.如权利要求4所述的发电装置，其特征在于，在所述居间薄膜层上与所述第二电极层的每个凸起结构相对的部位处具有朝向所述第二电极层的突起部分。

6.如权利要求2所述的发电装置，其特征在于，所述第二电极层进一步包括：设置在所述第一高分子聚合物绝缘层表面的居间薄膜层；

其中，所述居间薄膜层位于所述第一高分子聚合物绝缘层和所述第二高分子聚合物绝缘层之间，且所述居间薄膜层上形成的凸起结构与所述第一高分子聚合物绝缘层之间形成密闭空腔。

7.如权利要求6所述的发电装置，其特征在于，在所述居间薄膜层上形成所述凸起结构的部位处具有朝向所述第一电极层的突起部分；和/或，

在所述第一高分子聚合物绝缘层上与所述第二电极层的每个凸起结构相对的部位处具有朝向所述第二电极层的突起部分。

8.如权利要求2所述的发电装置，其特征在于，所述第一电极层进一步包括：设置在所述第一高分子聚合物绝缘层表面的居间电极层；

其中，所述居间电极层位于所述第一高分子聚合物绝缘层和所述第二高分子聚合物绝缘层之间，且所述第二高分子聚合物绝缘层上形成的凸起结构与所述居间电极层之间形成密闭空腔，所述居间电极层与所述第一电极和第二电极共同作为所述摩擦发电机的电能输出端。

9.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，进一步包括：与所述摩擦发电机的电能输出端相连的蓄电部件，以及与所述蓄电部件的输出端相连的用电部件。

10.如权利要求1-9任一所述的发电装置，其特征在于，所述第二电极层进一步包括：设置在所述第二电极表面的第三高分子聚合物绝缘层，用于与雨水摩擦并在所述第二电极上感应出与所述雨水所带电荷的极性相反的感应电荷。

11.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述密闭空腔内填充的气体量为使所述密闭空腔内的气压等于一个大气压强时最大充气量的10％-60％。

12.一种用于墙体表面的发电装置，其特征在于，所述发电装置包括摩擦发电机，所述摩擦发电机进一步包括：设置在所述墙体表面的第一电极层，以及设置在所述第一电极层表面的第二电极层，其中，

所述第一电极层为平板状电极层，其包括设置在所述墙体表面的第一电极；所述第二电极层为具有多个凸起结构的电极层，每个凸起结构与所述第一电极层之间形成一个密闭空腔，所述密闭空腔的上表面和所述密闭空腔的下表面在受到压力时能够接触并作为摩擦界面相互摩擦；

其中，所述第二电极层包括层叠设置的第二高分子聚合物绝缘层以及第二电极，所述第二高分子聚合物绝缘层位于所述第一电极层和所述第二电极之间；所述第一电极层进一步包括：设置在所述第一电极表面的第一高分子聚合物绝缘层，所述第一高分子聚合物绝缘层位于所述第一电极和所述第二高分子聚合物绝缘层之间，其中，所述第一电极和所述第二电极为所述摩擦发电机的电能输出端；

并且，所述第二电极层进一步包括：设置在所述第一高分子聚合物绝缘层表面的居间电极层；其中，所述居间电极层位于所述第一高分子聚合物绝缘层和所述第二高分子聚合物绝缘层之间，且所述居间电极层上形成的凸起结构与所述第一高分子聚合物绝缘层之间形成密闭空腔，所述居间电极层与所述第一电极和第二电极共同作为所述摩擦发电机的电能输出端；

其中，在所述第一高分子聚合物绝缘层上与所述第二电极层的每个凸起结构相对的部位处具有朝向所述第二电极层的突起部分。