CN104901581A - 气流驱动式摩擦发电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气流驱动式摩擦发电机。该摩擦发电机包括：进气通道、第一绝缘层、导电摩擦层、第二绝缘层和弹性部件。所述第一绝缘层、导电摩擦层、第二绝缘层、弹性部件依次层叠设置；所述第一绝缘层的一面镀有导电摩擦层；所述第一绝缘层与第二绝缘层的三个边缘密封到一起构成一端开口的绝缘袋；所述弹性部件能让所述绝缘袋卷起来；所述进气通道的一端与绝缘袋的开口端相连接并密封。本发明通过气流驱动和弹性元件的回复力的作用，使存在着摩擦电极序差异的高分子聚合物绝缘层与摩擦导电层之间的接触和分离，来产生周期性的电势差以进行发电，既环保又方便；卷曲结构使得发电机占据的面积小，空间体积利用充分，方便携带。

Description

气流驱动式摩擦发电机

技术领域

本发明涉及摩擦发电机领域，尤其是涉及一种气体驱动的摩擦发电机。

背景技术

摩擦起电和静电感应现象是自然界最常见的现象，但是由于摩擦电和静电很难被收集和利用，所以常常容易被人们忽略。如果能够利用一种方法来收集摩擦产生的电能，必定会给人们的日常生活产生深远的影响。2012年，美国佐治亚理工学院的王中林教授利用成功发明了摩擦发电机，其主要由高分子聚合物层和电极层按照一定的顺序层叠构成，通过高分子聚合物和电极层的摩擦，或者高分子聚合物和高分子聚合物的摩擦，利用摩擦起电和静电感应效应的耦合，从而将机械能转换为电能。

现有技术存在的主要缺点有两个:一方面，通常是在高分子聚合物和电极层之间，或者高分子聚合物和高分子聚合物之间设置垫片或者弹性连接件，通过施加外力使其接触和分离的方式来发电，发电方式单一，严重制约了摩擦发电机的实际应用范围，限制了其更加广泛的应用。另一方面，平面结构占据的面积大，使空间体积利用不够充分。

发明内容

为解决上述现有技术中发电方式单一的问题，本发明提出一种结构简单、环保又方便，卷曲结构使得发电机占据的面积小，空间体积利用充分，方便携带的气体驱动的摩擦发电机。

本发明的技术方案是：一种气流驱动摩擦发电机，包括：该摩擦发电机包括进气通道、第一绝缘层、导电摩擦层、第二绝缘层、弹性部件和地电极；

其中，所述第一绝缘层、导电摩擦层、第二绝缘层和弹性部件依次层叠设置；所述第一绝缘层与第二绝缘层的三个边缘密封到一起构成一端开口的绝缘袋，所述进气通道的一端与所述绝缘袋的开口连接，所述导电摩擦层镀在所述第一绝缘层与所述第二绝缘层相互接触的所述第一绝缘层或所述第二绝缘层的表面上，所述第一绝缘层或所述第二绝缘层的外表面上设置所述弹性部件，所述进气通道设置由所述第一绝缘层与第二绝缘层组成的绝缘袋的开口处，所述地电极设置在所述绝缘袋的开口处与所述导电摩擦层连接。

进一步，该摩擦发电机还包括微结构，所述微结构通过化学刻蚀，等离子刻蚀，或者模板法设置在所述第一绝缘层与所述第二绝缘层相互接触的没有设置导电摩擦层的所述第一绝缘层或所述第二绝缘层的表面上。

进一步，所述微结构包括微纳柱状结构、纳米棒、纳米线、纳米颗粒、纳米管和/或纳米花中的至少一者。

进一步，所述进气通道为两端开口中空的硬质管。

进一步，所述导电摩擦层由对电子束缚能力较弱的材料制成。

进一步，所述第一绝缘层和第二绝缘层由对电子束缚能力较强的材料制成。

进一步，所述电子束缚能力较弱的材料包括聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、苯胺甲醛树脂、聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、三聚氰胺甲醛、聚乙二醇丁二酸酯、纤维素、纤维素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、聚乙烯丙烯共聚物、聚乙烯丁二烯共聚物、聚甲基、甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、甲醛苯酚、丁二烯丙烯共聚物、聚丙烯腈、丙烯腈氯乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氯丁二烯、聚双苯酚碳酸酯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。

进一步，所述对电子束缚能力较强的材料包括导电胶、铟锡氧化物、银纳米线膜、金属或合金，其中，所述金属包括银、金、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、铁、锰、锡、钼、钨或钒；所述合金包括铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、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。

进一步，所述弹性部件为具有卷曲能力的金属片或钢丝。

进一步，所述第一绝缘层和第二绝缘层的厚度均为10μm-50μm，所述导电摩擦层的厚度为0.1μm-50μm，所述弹性部件的厚度为50μm-200μm 时最佳。

本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，本发明通过气流驱动和弹性元件的回复力的作用，从而能够利用存在着摩擦电极序差异的第二绝缘层与摩擦导电层之间的接触和分离来产生周期性的电势差以进行发电，既环保又方便；另一方面，卷曲结构使得发电机占据的面积小，空间体积利用充分，方便携带。

附图说明

图1为本发明气流驱动式摩擦发电机的结构示意图。

图2为本发明的第二绝缘层的内表面结构示意图。

具体实施方式

为充分了解本发明的目的、技术方案及特征，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。

如图1所示，在本实施例中，所述气流驱动式摩擦发电机包括：第一绝缘层2、镀在第一绝缘层上表面的导电摩擦层3、与第一绝缘层的三个边缘密封到一起的第二绝缘层、置于第二绝缘层4的上表面能让其卷起的弹性部件5和进气通道1。

在本发明-实施例中，所述进气通道1为两端开口中空的硬质管，进一步为聚氯乙烯管。

虽然在图1中示出的摩擦导电层3位于第一绝缘层2的上表面，但是摩擦导电层3可以位于第二绝缘层2的下表面。

在本发明一实施例中，所述第一绝缘层2和第二绝缘层4由对电子束缚能力较强的材料制成，如聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、苯胺甲醛树脂、聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、三聚氰胺甲醛、聚乙二醇丁二酸酯、纤维素、纤维素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、聚乙烯丙烯共聚物、聚乙烯丁二烯共聚物、聚甲基、甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、甲醛苯酚、丁二烯丙烯共聚物、聚丙烯腈、丙烯腈氯乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氯丁二烯、聚双苯酚碳酸酯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。

在本发明一实施例中，所述导电摩擦层3由对电子束缚能力较弱的材料制成，如导电胶、铟锡氧化物、银纳米线膜、金属或合金，其中金属可以是银、金、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、铁、锰、锡、钼、钨或钒；合金可以是铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、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，优选铝。

在本发明一实施例中，所述第二绝缘层4与导电摩擦层3的彼此接触的所述第二绝缘层4表面上分布有微结构，其中，所述微结构为微纳柱状结构、纳米棒、纳米线、纳米颗粒、纳米管和/或纳米花中的至少一者，以增加高分子聚合物和摩擦导电层的摩擦面积，从而更有利于发电效率的提高。

在本发明一实施例中，所述第一绝缘层2和第二绝缘层4的厚度为10μm-50μm时最佳，所述导电摩擦层3的厚度为0.1μm-50μm时最佳。

在本发明一实施例中，所述弹性部件4用于使所述高分子聚合物2绝缘袋卷起，形成高分子聚合物绝缘袋2与摩擦导电层3紧密接触的卷曲结构。

所述弹性部件4由韧性强化的金属加以卷曲制成，优选卷起的细钢丝。

所述弹性部件4的厚度为50μm-200μm时最佳。

在本发明一实施例中，所述导电摩擦层与地电极相连接，构成单电极式摩擦发电机。

本发明提出的气流驱动式摩擦发电机的工作原理如下：在气流通过进气通道1后，绝缘袋发生膨胀，弹性部件5开始伸直，使原本相互接触的第二绝缘层4与导电摩擦层3发生分离；气流停止进入进气通道1后，在弹性元件5的回复力作用下，第二绝缘层4与导电摩擦层3发生接触，在接触和分离过程中，高分子聚合物与摩擦导电层之间的电势差驱动电子通过导电摩擦层和地电极发生流动，从而在外电路中有电信号输出。

以上所述仅为本发明的具体实施例，本领域的技术人员可以对本发明进行改动和变形，倘若这些修改和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气流驱动摩擦发电机，其特征在于，包括：该摩擦发电机包括进气通道（1）、第一绝缘层（2）、导电摩擦层（3）、第二绝缘层（4）、弹性部件（5）和地电极（6）；

其中，所述第一绝缘层（2）、导电摩擦层（3）、第二绝缘层（4）和弹性部件（5）依次层叠设置；所述第一绝缘层（2）与第二绝缘层（4）的三个边缘密封到一起构成一端开口的绝缘袋，所述进气通道（1）的一端与所述绝缘袋的开口连接，所述导电摩擦层（3）镀在所述第一绝缘层（2）与所述第二绝缘层（4）相互接触的所述第一绝缘层（2）或所述第二绝缘层（4）的表面上，所述第一绝缘层（2）或所述第二绝缘层（4）的外表面上设置所述弹性部件（5），所述进气通道（1）设置由所述第一绝缘层（2）与第二绝缘层（4）组成的绝缘袋的开口处，所述地电极（6）设置在所述绝缘袋的开口处与所述导电摩擦层连接。

2.根据权利要求1所述的摩擦发电机，其特征是：该摩擦发电机还包括微结构（7），所述微结构通过化学刻蚀，等离子刻蚀，或者模板法设置在所述第一绝缘层（2）与所述第二绝缘层（4）相互接触的没有设置导电摩擦层（3）的所述第一绝缘层（2）或所述第二绝缘层（4）的表面上。

3.根据权利要求1所述的摩擦发电机，其特征是：所述微结构（7）包括微纳柱状结构、纳米棒、纳米线、纳米颗粒、纳米管和/或纳米花中的至少一者。

4.根据权利要求1或2所述的摩擦发电机，其特征是：所述进气通道（1）为两端开口中空的硬质管。

5.根据权利要求1或2所述的摩擦发电机，其特征是：所述导电摩擦层（3）由对电子束缚能力较弱的材料制成。

6.根据权利要求1或2所述的摩擦发电机，其特征是：所述第一绝缘层（2）和第二绝缘层（4）由对电子束缚能力较强的材料制成。

7.根据权利要求4所述的摩擦发电机，其特征是：所述电子束缚能力较弱的材料包括聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、苯胺甲醛树脂、聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、三聚氰胺甲醛、聚乙二醇丁二酸酯、纤维素、纤维素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、聚乙烯丙烯共聚物、聚乙烯丁二烯共聚物、聚甲基、甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、甲醛苯酚、丁二烯丙烯共聚物、聚丙烯腈、丙烯腈氯乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氯丁二烯、聚双苯酚碳酸酯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。

8.根据权利要求4所述的摩擦发电机，其特征是：所述对电子束缚能力较强的材料包括导电胶、铟锡氧化物、银纳米线膜、金属或合金，其中，所述金属包括银、金、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、铁、锰、锡、钼、钨或钒；所述合金包括铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、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。

9.根据权利要求1或2所述的摩擦发电机，其特征是：所述弹性部件（5）为具有卷曲能力的金属片或钢丝。

10.根据权利要求1或2所述的摩擦发电机，其特征是：所述第一绝缘层（2）和第二绝缘层（4）的厚度均为10μm-50μm，所述导电摩擦层（3）的厚度为0.1μm-50μm时，所述弹性部件（5）的厚度为50μm-200μm 时最佳。