CN105099256A - 基于静电感应的发电机和发电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于静电感应的发电机以及发电方法，所述发电机包括第一部件和第二部件，其中，所述第一部件带有的电荷；所述第二部件由一个第一电极层和与之配合的一个第二电极层组成，所述第一电极层和第二电极层分隔设置并且互相电连接。当所述第一部件相对所述第二部件的第一电极层移动，使所述第一部件所带的电荷在所述第一电极层上的电势改变，在静电感应作用下电荷在第一电极层和第二电极层之间流动形成电流。本发明的发电机，第二部件的两个电极层不需要跟随第一部件移动，使发电机的结构更加简单，并且利于与其他器件的连接。

Description

基于静电感应的发电机和发电方法

技术领域

本发明涉及一种发电机，特别是涉及利用静电感应将机械能转化为电能的发电机以及发电方法。

背景技术

随着微电子和材料技术的高速发展，大量新型具有多种功能和高度集成化的微型电子器件不断被开发出来，并在各个领域展现出前所未有的应用前景。然而，与这些微型电子器件相匹配的电源系统的研究却相对滞后，一般说来，这些微型电子器件的电源都是直接或者间接来自于电池。电池不仅体积较大、质量较重，而且含有的有毒化学物质对环境和人体存在潜在的危害。如果能够将自然界中普遍存在的运动、振动等机械能加以利用，将可能为微型电子器件提供电源。

目前发明的摩擦纳米发电机可以实现将自然界中普遍存在运动、振动等机械能有效地转化为适于微型电子器件应用的需要，目前见诸于报道的所有摩擦纳米发电机的典型结构都需要两个可以互相接触和分开的摩擦层，当两个摩擦层互相接触或者分离过程中，通过分别设置在摩擦层的两个电极层向外电路输出脉冲电信号。这样结构的摩擦发电机中，一个电极层在摩擦层的带动下相对于另一个电极层的距离在不停的变化，这样的结构不仅为摩擦发电机与外电路的连接带来了困难；而且，为了保证摩擦发电机的输出性能，需要两个摩擦层材料不断的接触或者摩擦，因此，发电机的耐久性和稳定性不能保证。这些限制因素极大的妨碍了摩擦发电机的推广应用。

发明内容

本发明提供一种结构简单的基于静电感应的摩擦发电机，能够将环境中普遍存在的机械能转变为电能。

为实现上述目的，本发明提供一种基于静电感应的发电机，所述发电机包括第一部件和第二部件，其中，

所述第一部件带有电荷；

所述第二部件由一个第一电极层和与之配合的一个第二电极层组成，所述第一电极层和第二电极层分隔设置并且互相电连接；

当所述第一部件相对所述第二部件的第一电极层移动，使所述第一部件所带的电荷在所述第一电极层上的电势改变，在静电感应作用下电荷在第一电极层和第二电极层之间流动形成电流。

优选的，所述第一部件能够与所述第二部件的第一电极层接触和分离使第一部件相对于第二部件的第一电极层移动，并且使所述第一部件的表面带有电荷；

或者，所述第一部件能够与所述第二部件的第一电极层互相滑动摩擦并且在摩擦过程中接触面积发生变化，使第一部件相对于第二部件的第一电极层移动，并且使所述第一部件的表面带有电荷；

或者，所述第一部件在与第一电极层接触前预先带有电荷。

优选的，所述第一部件与所述第一电极层能够互相接触的表面的形状和尺寸相当。

优选的，所述第一部件与第二部件的第一电极层互相滑动的表面都为光滑平整表面，或者都为凹凸结构的不平整表面。

优选的，所述第一部件与第一电极层能够互相接触的两个表面中至少一个表面经过物理或化学改性处理。

优选的，所述第一部件能够与所述第一电极层接触的表面的材料为绝缘材料或者半导体材料。

优选的，所述第一部件不与所述第二部件中任意一个电极层接触，所述第一部件为带电物体。

优选的，所述第一部件在第一电极层所在表面上的投影尺寸和形状与第一电极层的尺寸和形状相当。

优选的，所述第一部件为驻极体材料。

优选的，还包括摩擦层，所述第二部件的第一电极层贴合在所述摩擦层的下表面。

优选的，所述摩擦层的材料为绝缘材料或者半导体；所述摩擦层的厚度范围在10nm到5cm之间。

优选的，所述第一部件能够与所述摩擦层的上表面接触和分离使第一部件相对于第二部件的第一电极层移动，并且使所述第一部件的表面带有电荷；

或者，所述第一部件能够与所述摩擦层上表面互相滑动摩擦并且在摩擦过程中接触面积发生变化，使第一部件相对于第二部件的第一电极层移动，并且使所述第一部件的表面带有电荷。

优选的，所述第一部件与所述摩擦层能够互相接触的表面的形状和尺寸相当。

优选的，所述第一部件与摩擦层互相滑动的表面都为光滑平整表面，或者都为凹凸结构的不平整表面。

优选的，所述第一部件与第一电极层能够互相接触的两个表面中至少一个表面经过物理或化学改性处理。

优选的，所述第一部件能够与所述摩擦层互相接触的两个表面的材料为绝缘材料、半导体或者导体材料；所述第一部件与所述摩擦层能够互相接触的两个表面的材料存在电极序差异。

优选的，所述第一部件不与所述摩擦层和第二部件接触，所述第一部件为带电物体。

优选的，所述第一部件在第一电极层所在表面上的投影尺寸和形状与第一电极层的尺寸和形状相当。

优选的，所述第一部件为驻极体材料。

优选的，还包括隔离层，所述隔离层用于隔离所述第二部件的第一电极层以及第二电极层，使二者隔离开并且保持设定的相对位置。

优选的，所述隔离层的材料为绝缘体材料。

优选的，所述第二部件的第一电极层和第二电极层均镶嵌在所述隔离层中，至少第一电极层的上表面露出所述隔离层；

或者，所述隔离层将所述第一电极层和/或第二电极层全部包裹住；

或者，所述隔离层和所述第二部件的两个电极层按照层叠方式设置，第二部件的第一电极层和第二电极层分别设置在隔离层的上下表面。

优选的，所述绝缘材料为下列材料中的一种或几种：聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、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、再生纤维海绵、聚氨酯弹性体、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、人造纤维、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯柔性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、酚醛树脂、氯丁橡胶、丁二烯丙烯共聚物、天然橡胶、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-co-丙烯腈)、聚乙烯丙二酚碳酸盐，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚三氟氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、派瑞林、羊毛及其织物、蚕丝及其织物、纸、棉及其织物、聚氨酯弹性体、木头、硬橡胶和醋酸酯。

优选的，所述半导体材料为下列材料中的一种或几种：硅、锗、第Ⅲ和第Ⅴ族化合物、第Ⅱ和第Ⅵ族化合物、以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体、非晶态的玻璃半导体、有机半导体，以及非导电性氧化物、半导体氧化物和复杂氧化物半导体。

优选的，所述经过物理改性的表面部分或全部分布有微米或次微米量级的微结构阵列。

优选的，所述经过化学改性的表面，全部或部分分布有纳米、微米或次微米量级的微结构，所述微结构选自纳米线、纳米管、纳米颗粒、纳米棒、纳米花、纳米沟槽、微米沟槽，纳米锥、微米锥、纳米球或微米球状结构，以及由前述结构形成的阵列。

优选的，所述第一电极层和第二电极层的材料为金属或铟锡氧化物ITO、FTO或导电高分子材料。

优选的，所述第一部件、第一电极层和/或第二电极层为柔性材料。

优选的，所述第一部件、第一电极层、第二电极层和/或摩擦层为柔性材料。

优选的，所述隔离层为柔性材料。

相应的，本发明还提供一种基于静电感应的发电方法，应用上述任一项所述的发电机，包括步骤：

所述第一部件相对于第一电极层移动，使第一部件所带的电荷在第一电极层上的电势改变；在所述第一电极层与第二电极层之间产生电荷流动形成电流。

优选的，所述第一部件相对于第一电极层移动，具体为第一部件与第一电极层的表面发生接触后分离，使第一部件带有电荷；

或者，所述第一部件相对于第一电极层移动，具体为第一部件与第一电极层的表面互相滑动摩擦，并且在滑动过程中使接触面积发生变化，使第一部件表面带有的电荷；

或者，所述第一部件相对于第一电极层移动，具体为第一部件相对于第一电极层移动，并且始终不与第一电极层接触，所述第一部件自身带有电荷。

与现有技术相比，本发明具有下列有益效果：

1、本发明的发电机中，第一部件与第二部件的电极层或者附着在第一电极层上的摩擦层的表面互相接触摩擦或者是滑动摩擦，使第一部件表面带有电荷，然后在第一部件相对于第一电极层的接触分离或者滑动摩擦两种相对运动模式下，使得第一部件带有的电荷在第一电极层上的电势发生变化，导致第二部件的两个电极层之间有电荷流动，形成电流。或者，第一部件本身带有电荷，不需要与第二部件中任何一个电极层接触而与第一电极层的相对位置发生变化，也可以在静电感应作用下，导致第二部件的两个电极层之间有电荷流动，形成电流。因此，在第一部件相对于第一电极层或者摩擦层运动时，第二部件的两个电极层不需要跟随第一部件运动，两个电极层之间的距离或相对位置可以根据外电路连接的便利性或者工作环境等条件进行方便的设置，本发明的发电机使用范围广泛，可以方便的将日常生活中存在机械能转化为电能。

2、在第二部件的第一电极层上设置摩擦层，在发电过程中第一部件不与第一电极层直接接触和互相滑动，避免了第二部件中电极层的磨损，极大的提高了发电机的使用耐久性。

3、由于不需要在第一部件上设置电极层，不仅对第一部件的结构无特殊要求，而且简化了发电机的制备过程，能够有效降低发电机的制备成本。

4、可以在发电机中包括隔离层，将薄层状的两个电极层分别设置在隔离层的上下表面，这种多层结构不仅可以使发电机的结构更加紧凑，而且可以易于与与其他器件集成。

附图说明

通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。另外，虽然本申请提供包含特定值的参数的示范，但参数无需确切等于相应的值，而是在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外，所有实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

图1为基于静电感应的发电机实施例一的典型结构示意图；

图2为本发明发电机实施例一的发电原理示意图；

图3为本发明发电机实施例二的结构和发电原理示意图；

图4为本发明发电机实施例二中第一部件与第一电极层互相接触表面为凹凸不平结构的示意图；

图5为本发明发电机实施例三的结构示意图；

图6为本发明发电机实施例三的发电原理示意图；

图7为本发明发电机实施例四的结构和发电原理示意图；

图8-图10为本发明发电机包括隔离层的结构示意图；

图11为一个具体发电机的输出电压测试图谱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。

现有的摩擦纳米发电机的典型结构，两个摩擦层互相接触或者分离过程中通过分别设置在摩擦层的两个电极层向外电路输出脉冲电信号，发电过程中，一个电极层相对于另一个电极层的距离在不停的变化，不仅不利于发电机电极的连接，而且为了保证摩擦发电机的输出性能，需要两个摩擦层材料不断的接触或者摩擦，发电机的耐久性和稳定性不能保证。本发明提供一种基于静电感应的发电机，技术方案是，带有电荷的第一部件相对一个导电元件的位置变化，该导电元件电连接至另一导电元件，使第一部件所带电荷在该导电元件上产生的电势变化，由于静电感应作用从而在两个导电元件之间形成电荷流动，连接在两个导电元件之间的负载上有电流流过。在发电机工作过程中，第一部件可以与导电元件直接接触，互相之间滑动摩擦或者周期性的接触分离；第一部件也可以不与导电元件接触，仅改变二者之间的距离，这种模式需要第一部件自身带有电荷。本发明的发电机可以有多种工作模式，能够适应第一部件不同运动方式的能量收集，具有广泛的应用范围。

下面结合附图详细介绍本发明的基于静电感应发电机的具体结构。

实施例一：

本实施例中提供的静电感应发电机的典型结构参见图1，发电机包括第一部件1和第二部件，其中，第二部件由一个第一电极层2和与之配合的一个第二电极层3组成，第一电极层2和第二电极层3分隔设置并且电连接，第一部件1能够与第二部件的第一电极层2互相接触后分离，如图1中箭头所示，第一部件1的运动使第一部件1所带的电荷在第一电极层2上的电势改变，在静电感应作用下电荷在第一电极层和第二电极层之间流动，形成电流。在第一电极层2与第二电极层3之间连接检测装置4可以检测发电机的电流，或者连接负载实现发电机对负载供电。

对于第一部件1为不带电物体的情况，以第一部件1为绝缘体或半导体材料、第一电极层2为导电材料为例，具体说明发电机的工作原理，参见图2，第一部件1与第二部件中第一电极层2发生表面接触时，由于二者表面得失电子能力不同，第一电极层2容易失去电子，而第一部件1表面容易得到电子，在二者表面产生等量异号的电荷，参见图2中a图。第一部件1与第一电极层2分离后，参见图2中b图，第一部件1表面所带有的负电荷对第一电极层2中正电荷的束缚减弱，由于静电感应作用，第一电极层2中的正电荷向着第二电极层3流动，形成第一电极层2至第二电极层3的电流。当第一部件1与第一电极层2的距离足够远时，第一部件1表面带有的负电荷不足以影响第一电极层2中电荷，因此第一电极层2与第二电极层3之间无电流产生，参见图2中c图。表面带有负电荷的第一部件1靠近第一电极层2时，静电感应作用使第一部件1表面的负电荷对第一电极层2中的正电荷吸引增强，第二电极层3中的正电荷向着第一电极层2流动，参见图2中d图，与图2中b图中的电子流动方向相反，形成第二电极层3至第一电极层2的电流。直到第一部件1再次与第一电极层2的表面接触时，二者的表面电荷等量异号，参见图2中a图，在第一电极层2与第二电极层3中不会产生电荷流动。当第一部件1可以周期性的与第二部件的第一电极层2接触和分离时，第二部件中将产生第一电极层2与第二电极层3之间的脉冲交流电流信号。

本实施例中，第一部件1也可以在与第一电极层接触前预先带有电荷，第一部件带有电荷时，与第一电极层接触时，第一部件所带的电荷会在第一部件与第一电极层之间发生重新分布，由于不同材料对电荷束缚能力的不同，两个接触面仍会存在电荷密度的差异，当二者互相分离后，第一部件1仍然带有一定电荷，当第一部件1与第一电极层2之间的距离改变时，由于静电感应作用，在第一电极层与第二电极层之间形成电荷流动，在检测装置有电流输出。第一部件1带有的电荷可以通过充电等其他方式获得，电荷的获得途径对于本发明的发电过程没有影响，也不构成对本发明发电机的限制。

本实施例中，第二部件中的两个电极层，只需要一个电极层与第一部件1产生静电作用即可，两个电极层的位置可以互换。第一电极层2与第二电极层3的材料可以相同，也可以不同。第一电极层2或第二电极层3的材料可选自金属、铟锡氧化物或有机物导体，常用的金属包括金、银、铂、铝、镍、铜、钛、铬或硒，以及由上述金属形成的合金；有机物导体一般为导电高分子，包括自聚吡咯、聚苯硫醚、聚酞菁类化合物、聚苯胺和/或聚噻吩。

根据发电机的发电原理可以看出，第一部件1表面带有电荷的多少是发电机工作的关键，优选的第一部件1与第一电极层2互相接触的表面之间的得失电子能力相差越大，第一部件1表面带有的电荷越多。优选的，第一部件1与第一电极层2接触的表面的材料优选为绝缘体材料。绝缘体材料中，优选聚合物绝缘材料，具体可以选择：聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、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、再生纤维海绵、聚氨酯弹性体、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、人造纤维、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯柔性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、酚醛树脂、氯丁橡胶、丁二烯丙烯共聚物、天然橡胶、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-co-丙烯腈)、聚乙烯丙二酚碳酸盐，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚三氟氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和派瑞林等。

另外，其他绝缘材料也可以作为第一部件1与第一电极层2接触的表面材料，例如常见的羊毛及其织物、蚕丝及其织物、纸、棉及其织物、聚氨酯弹性体、木头、硬橡胶和醋酸酯等。

第一电极层为导电材料，半导体材料与导电材料在得失电子能力方面存在差异，因此，第一部件能够与第一电极层接触的表面的材料可以选择半导体，包括：硅、锗；第Ⅲ和第Ⅴ族化合物，例如砷化镓、磷化镓等；第Ⅱ和第Ⅵ族化合物，例如硫化镉、硫化锌等；以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体，例如镓铝砷、镓砷磷等。除上述晶态半导体外，还有非晶态的玻璃半导体、有机半导体等。非导电性氧化物、半导体氧化物和复杂氧化物也具有摩擦电特性，能够在摩擦过程形成表面电荷，因此也可以用来作为本发明的第一部件的材料，例如锰、铬、铁、铜的氧化物，还包括氧化硅、氧化锰、氧化铬、氧化铁、氧化铜、氧化锌、BiO2和Y2O3。

限于篇幅的原因，并不能对第一部件1和第一电极层2互相接触的表面的材料进行穷举，此处仅列出几种具体的材料供技术人员参考，但是显然这些具体的材料并不能成为本发明保护范围的限制性因素，因为在发明的启示下，本领域的技术人员根据这些材料所具有的摩擦电特性很容易选择其他类似的材料。

在发电机中，只有第一部件1与第一电极层2能够互相接触的表面对发电机的输出性能有影响，只需要限定第一部件1能够与第一电极层2接触的表面为上述的摩擦材料即可，对于第一部件1的其他部分不做限定，因此，第一部件1可以全部整体采用均匀材料，也可以为多层结构或者核壳结构。

通过实验发现，当第一部件1与第一电极层2互相接触的表面的材料之间得电子能力相差越大，第一部件1表面带有的电荷量越多，发电机输出的电信号越强。所以，可以根据上面列出的材料通过简单的对比实验，选择合适的材料作为第一部件1与第一电极层2接触的表面材料，以获得最佳的电信号输出性能。

另外，第一部件1和第一电极层2互相接触的两个表面既可以是硬质材料，也可以是柔性材料，材料的硬度对发电机的发电性能没有明显影响，但是却可以扩展本发明发电机的应用范围。

在发电机工作过程中，除了第一部件1表面带有电荷的多少对发电机的输出性能有影响外，第一部件1与第二部件的第一电极层2分开的距离对发电机的输出性能也有影响，分开距离约大，发电机的输出信号越强，在研究过程中发现，分开距离大于器件尺寸时，特别是大于第一部件1或者第一电极层2互相接触表面的最大长度时，分开的距离的改变对发电机的输出信号影响不大。优选的，第一部件1与第一电极层2分开的距离在大于1μm，更优选为1μm至10cm范围，更优选为1mm至2cm。

本发明中所述的“表面的最大长度”，具体指表面各个方向中的最大长度，例如长方形的长边的长度，或者圆形表面的直径长度，对于不规则表面，通过具体测量也可以确定表面的最大长度。

本实施例中的发电机，第一部件1相对于第二部件的相对运动，可以通过多种方式实现，例如将第二部件固定，特别是第二部件中的第一电极层2固定，第一部件1固定在一个往复运动的部件上，往复运动的部件带动发电机的第一部件1做往复运动，实现第一部件1相对于第二部件的接触和分离。在其他实施方式中还可以在第一部件1与第一电极层2之间设置弹性连接件实现第一部件1靠近或者远离第一电极层2往复运动的目的。实现上述目的的技术手段有很多，可以采用本领域中控制距离的常规部件，例如在第一部件1和第一电极层2之间连接绝缘弹簧等部件，但是需要注意使用的弹簧不应限制第一部件1和第一电极层2之间的相对运动。另外，本发明的发电机中，第一部件1也可以是自由运动的物体，可以周期性的与第一电极层接触后分离；或者将第一部件1固定在其他运动的物体上与其他产品结合使用，利用其他产品的运动带动第一部件1与第一电极层2的相对运动，从而实现发电机的发电。

在本实施例中，第一部件1为相对第二部件独立运动的物体，在其上没有连接电极层，因此第一部件的厚度、尺寸和形状不做特别限定。为了提高第一部件1和第一电极层2接触时各自带有的表面电荷量，第一部件1整体可以为块体、平板、薄片或薄膜，优选的，第一部件1与第一电极层2互相接触的表面的形状和尺寸均相当，优选为相同，这样可以使第一部件1与第一电极层2表面接触时有最大的接触面积，达到提高第一部件1表面电荷量的目的，从而提高发电机的输出性能。

本发明中，第一部件1与第一电极层2互相接触的表面可以为平面，也可以为曲面。第一部件1与第一电极层2互相接触的表面均为曲面，也同样可以实现互相接触，优选的，第一部件1与第一电极层2互相接触的表面同为平面或曲面结构，以保证二者在接触时能够出现接触面积最大的时刻。优选的，第一部件1与第一电极层2互相接触的表面为形状互补的曲面，例如为曲率相同、面积相同的曲面，以保证在互相接触时，第一部件1与第一电极层2互相接触的表面能够完全接触。

实施例二：

本实施例中提供的静电感应发电机的典型结构参见图3，发电机包括第一部件11和第二部件，其中，第二部件与实施例一中相同，由一个第一电极层2和与之配合的一个第二电极层3组成，第一电极层2和第二电极层3分隔设置并且电连接，在外力F作用下第一部件11的表面能够与第二部件的第一电极层2互相接触并发生滑动摩擦，并且在滑动过程中接触面积发生变化，第一部件11相对于第一电极层2的滑动使第一部件11所带的电荷在第一电极层2上的电势改变，在静电感应作用下电荷在第一电极层和第二电极层之间流动，形成电流。在第一电极层2与第二电极层3之间连接检测装置4可以检测发电机的电流，或者连接负载实现发电机对负载供电。

下面结合附图详细介绍本实施例发电机的工作原理，以第一部件11的下表面与第一电极层2的上表面互相接触摩擦为例，为了方便描述，这里设定第一部件11的下表面与第一电极层2上表面的形状与尺寸均相同，在实际中并不严格限定第一部件11的下表面与第一电极层2上表面的形状和面积，可以相同也可以不相同。发电机的工作原理参见图3，初始状态时第一部件11的下表面与第一电极层2的上表面可以接触或者未接触，在外力F作用下接触后（见图3中a图），由于第一电极层2的上表面与第一部件11的下表面的材料存在电极序差异，二者之间存在得电子能力的差异，以第一部件11的下表面得电子能力强而第一电极层2的上表面更容易失去电子为例，当第一部件11的下表面与第一电极层2上表面接触时发生表面电荷转移，使第一电极层2的上表面带有正电荷，而第一部件11的下表面则带负电荷（如图3中a图所示），两种电荷的电量大小相同，因此在第一电极层2和第二电极层3之间没有电势差，也就没有电荷流动。在外力F作用下第一部件11下表面与第一电极层2上表面相对滑动并且使接触面积发生变化（减小）后，破坏了在第一电极层2上表面和第一部件11下表面电荷的平衡，第一部件11上的负电荷对第一电极层2上的正电荷束缚作用降低，因此，电子会从第二电极层3向第一电极层2流动，如图3中b图所示，从而使连接在第一电极层2与第二电极层3之间的负载或电流表4有电流流过。在外力作用下，当第一部件11下表面和第一电极层2上表面完全分离，第一部件11下表面所带的负电荷对于与第一电极层2中电荷的排斥不足以引起第一电极层2与第二电极层3之间电荷的流动，负载或电流表4并没有电子的流动，如图3中c图所示。当反方向的外力F使第一部件11下表面与第一电极层2上表面发生相对滑动，并使接触面积发生变化（增大），由于第一部件11上负电荷对第一电极层2上正电荷的排斥作用，将导致电子从第一电极层2向第二电极层3流动，在第一电极层2与第二电极层3之间的负载或电流表4有电流流过，如图3中d图所示。当第一部件11下表面和第一电极层2上表面完全接触后，第一部件11下表面和第一电极层2上表面的正负电荷平衡，此时，并没有电子在第一电极层2与第二电极层3之间流动，如图3中a图所示，在第一电极层2与第二电极层3之间的电流表或负载4上观察不到电流信号。按照图3中a至d的过程往复进行，在第一电极层2与第二电极层3之间形成脉冲电流。

本实施例中，发电机各部分的材料和结构均可以与实施例一中的相同，在此不再复述。

第一部件11与第一电极层2能够互相接触滑动的表面可以为平面或者曲面，优选的，第一部件11与第一电极层2能够互相接触滑动的表面形状相匹配，第一部件11与第一电极层2能够互相接触滑动的表面形状和尺寸相当，优选为相同，在互相滑动过程中能够出现接触面积最大的时刻。例如第一部件11与第一电极层2能够互相接触滑动的表面为曲率相同的弧面。

如果第一部件11与第一电极层2互相接触的表面为光滑平整表面，这样的结构需要第一部件11与第一电极层2的相对滑动空间较大，而且对于第一部件11与第一电极层2互相接触的表面尺寸相差较大时的情况，无法满足第一部件11与第一电极层2互相滑动摩擦过程中接触面积变化的要求。因此，本发明的发电机中，第一部件11与第一电极层2互相能够接触的表面可以为不平整表面，第一部件11与第一电极层2互相滑动时，两个表面不完全接触，参见图4，第一部件11和第一电极层2能够互相接触的表面均为凹凸结构的不平整表面，当第一部件11与第一电极层2在外力作用下发生相对滑动，只要较小的滑动距离就可以产生较大的接触面积变化，连接在第一电极层2与第二电极层3之间的负载4有电流流过。本实施例中，可以适用在第一部件11与第一电极层2能够互相接触的表面之中任一表面相对较小的情况，将互相接触的两个表面制备为不平整表面，在外力作用下第一部件11与第一电极层2接触的表面互相摩擦时在较小的移动范围内就能够满足摩擦面积的变化，从而可以将外力的机械能转变为电能。

优选的，第一部件11和第一电极层2能够互相接触的表面的凹凸结构为周期性凹凸结构，可选的周期性凹凸结构可以有等距平行排列的条带结构，棋盘结构等周期性结构。

本实施例和第一实施例的发电机中，还可以对第一部件与第一电极层能够互相接触的两个表面中至少一个表面经过物理或化学改性处理。物理改性具体可以为使部分或全部表面分布有微米或次微米量级的微结构，以增加第一部件与第一电极层之间的接触面积，从而增大第一部件表面的带有的电荷量。所述微结构优选为纳米线、纳米管、纳米颗粒、纳米棒、纳米花、纳米沟槽、微米沟槽，纳米锥、微米锥、纳米球和微米球状结构，以及由前述一种或多种结构形成的阵列，特别是由纳米线、纳米管、纳米锥或纳米棒组成的纳米阵列，可以是通过光刻蚀、等离子刻蚀等方法制备的线状、立方体、或者四棱锥形状的阵列，阵列中每个这种单元的尺寸在纳米到微米量级，具体微纳米结构的单元尺寸、形状不应该限制本发明的范围。也可以通过纳米材料的点缀或涂层的方式来实现该目的。还可以对相互接触的第一部件和/或第一电极层的表面进行化学改性，能够进一步提高电荷在接触瞬间的转移量，从而提高接触电荷密度和发电机的输出功率。化学改性又分为如下两种类型：

一种方法是对于相互接触的第一部件和第一电极层材料，在极性为正的材料表面引入更易失电子的官能团（即强给电子团），或者在极性为负的材料表面引入更易得电子的官能团（强吸电子团），都能够进一步提高电荷在相互接触或者滑动时的转移量，从而提高第一部件表面带有电荷密度和发电机的输出功率。强给电子团包括：氨基、羟基、烷氧基等；强吸电子团包括：酰基、羧基、硝基、磺酸基等。官能团的引入可以采用等离子体表面改性等常规方法。例如可以使氧气和氮气的混合气在一定功率下产生等离子体，从而在材料表面引入氨基。

另外一种方法是在极性为正的材料表面引入正电荷，而在极性为负的材料表面引入负电荷。具体可以通过化学键合的方式实现。例如，可以在PDMS表面利用溶胶-凝胶（英文简写为sol-gel）的方法修饰上正硅酸乙酯（英文简写为TEOS），而使其带负电。也可以在金属金薄膜层上利用金-硫的键结修饰上表面含十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）的金纳米粒子,由于十六烷基三甲基溴化铵为阳离子，故会使整个材料变成带正电性。本领域的技术人员可以根据所选材料的得失电子性质和表面化学键的种类，选择合适的修饰材料与其键合，以达到本发明的目的，因此这样的变形都在本发明的保护范围之内。

实施例一与实施例二中的发电机，第一部件相对于第二部件均为可以独立运动的物体，在第一部件上不需要设置用于发电机输出电信号的电极，电连接的两个电极均在第二部件中，可以根据实际使用环境将两个电极层设置为固定不动，其距离或相对位置可以根据外电路连接的便利性或者工作环境等条件进行方便的设置，而无需考虑发电机工作过程中电极层的移动带来的问题。避免了现有技术中发电机的一个电极始终需要与运动的第一部件移动的缺陷。

实施例三：

本实施例提供的发电机的典型结构参见图5，发电机包括第一部件12和第二部件，其中，第二部件由一个第一电极层2和与之配合的一个第二电极层3组成，第一电极层2和第二电极层3分隔设置并且电连接，第一部件1自身带有电荷，能够相对与第二部件的第一电极层2移动，但在运动过程中第一部件不与第二部件的任何一个电极层接触，如图5中箭头所示，第一部件12的运动使第一部件12所带的电荷在第一电极层2上的电势改变，在静电感应作用下电荷在第一电极层2和第二电极层3之间流动，形成电流。在第一电极层2与第二电极层3之间连接检测装置4可以检测发电机的电流，或者连接负载实现发电机对负载供电。

本实施例中发电机的工作过程可以参见图6，设定第一部件12预先带有负电荷，特别是第一部件12面向第一电极层2的表面带有负电荷，当第一部件12靠近第一电极层2时，由于第一部件与第一电极层之间的静电感应，第一部件12带有的负电荷对第一电极层2中的负电荷有排斥作用，因此，在第二部件的第一电极层2与第二电极层3之间形成电荷流动，连接在第一电极层与第二电极层之间的检测装置4可以检测到第二电极层3流向第一电极层2的电流参见图6a。当第一部件12远离第一电极层时，第一部件12带有的负电荷对第一电极层2中的负电荷有排斥作用减弱，在第二部件的第一电极层2与第二电极层3之间形成反向的电荷流动，连接在第一电极层与第二电极层之间的检测装置4可以检测到第一电极层2流向第二电极层3的电流，参见图6b。图6中显示的发电机中第一部件12相对于第一电极层在竖直方向上运动，其发电原理也适用于第一部件12与第一电极层2相对的表面之间的距离不变（即第一部件12沿着平行于第一电极层的方向运动）的情况。

另外，本实施例中，第二部件可以带有电荷也可以不带有电荷，即使第二部件的两个电极层自身即带有电荷，第一部件12在相对于第一电极层移动时，第一部件12表面带有的电荷在第一电极层上产生的电势也会改变，从而导致第一电极层与第二电极层之间的电荷流动。

第一部件12带有的电荷可以通过与发电机以外的其他物体摩擦获得，也可以通过在工作前与发电机本身的第二部件摩擦获得，还可以通过充电等其他方式获得，电荷的获得途径对于本发明的发电过程没有影响，也不构成对本发明发电机的限制。

对于第一部件12与第一电极层2相对的表面之间的距离改变的运动方式，第一部件12与第一电极层2之间的最小距离范围为0.01倍于第一部件12面向第一电极层2的表面的最大长度，最大距离范围为10倍于第一部件12面向第一电极层2的表面的最大长度。

对于第一部件12与第一电极层2相对的表面之间的距离不变的运动方式，第一部件12与第一电极层2之间的距离范围为0.1-10倍于第一部件12面向第一电极层2的表面的最大长度。在本实施例中，优选第一部件在第一电极层所在表面上的投影形状和尺寸与第一电极层的形状和尺寸相当，更优选为相同，以保证第一部件12的移动，在静电感应作用下，能够使其第一部件12的电荷引起第一电极层2与第二电极层3之间的电荷流动。

为了使本实施例发电机能够在此非接触模式下长期稳定工作，而不需要摩擦补充静电荷，对于第一电极层2移动的第一部件12需要具有很好的静电荷保持能力，因此可以从绝缘体材料和半导体材料中选择，优选能够“准永久”地保持静电荷的驻极体材料，例如聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、石英、全氟环状聚合物等。这样，第一部件12通过摩擦作用或其他方式带上了静电，就能保持很久。其中，绝缘体可选自一些常用的有机聚合物材料和天然材料，包括：聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、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、再生纤维素海绵、聚氨酯弹性体、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、聚酰胺尼龙11、聚酰胺尼龙66、羊毛及其织物、蚕丝及其织物、纸、人造纤维、棉及其织物、木头、硬橡胶、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯弹性体、聚氨酯柔性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、酚醛树脂、氯丁橡胶、丁二烯丙烯共聚物、天然橡胶、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-co-丙烯腈)、聚乙烯丙二酚碳酸盐，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、醋酸酯、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚三氟氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和派瑞林，包括派瑞林C、派瑞林N、派瑞林D、派瑞林HT或派瑞林AF4。

常用的半导体包括硅、锗；第Ⅲ和第Ⅴ族化合物，例如砷化镓、磷化镓等；第Ⅱ和第Ⅵ族化合物，例如硫化镉、硫化锌等；以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体，例如镓铝砷、镓砷磷等。除上述晶态半导体外，还有非晶态的玻璃半导体、有机半导体等。非导电性氧化物、半导体氧化物和复杂氧化物也可以用来作为本发明第一部件10的带电表面，例如锰、铬、铁、铜的氧化物，还包括氧化硅、氧化锰、氧化铬、氧化铁、氧化铜、氧化锌、BiO₂和Y₂O₃。

由于第一部件12的背面无需沉积金属电极，因此对其厚度没有特殊要求，可以是体材料也可以是薄膜材料，这使本发明发电机的应用范围得到了极大拓展。例如，可以将薄层的第一部件12帖附在移动的物体上，控制第一部件12与第二部件的相对运动。

第二部件中两个电极层的材料、结构等均可以与第一实施例和第二实施例中相同，在此不在复述。

实际的基于静电感应的发电机，第一部件相对于第一电极层的移动，可以是上述三种相对移动的结合，并不限定第一部件相对于第一电极层只能有一种单一的运动方式。

实施例四：

上述三个实施例的发电机中，均可以包括摩擦层，将第二部件的第一电极层贴合在摩擦层的下表面，使第一电极层不直接与其他物体接触，可以保护发电机的第二部件。发电机的摩擦层可以带有电荷或者不带电荷，由于摩擦层与第一电极层的相对位置不变，所以，在带有电荷的第一部件相对于第一电极层移动时，摩擦层不会对第二部件中第一电极层与第二电极层之间的电荷移动有影响。

本实施例中，发电机的典型结构参见图7，发电机包括第一部件13，第二部件由第一电极层2和第二电极层3电连接形成，摩擦层5设置在第一电极层2的上表面上，摩擦层5的上表面面向第一部件13，其中，第二部件可以与前述实施例中相同。第一部件13可以与摩擦层5的上表面发生接触分离的相对运动，使第一部件13与第一电极层的距离发生变化；第一部件13也可以与摩擦层的上表面发生滑动摩擦，并且使接触面积发生变化；第一部件13也可以自身带有电荷，在相对于第一电极层运动过程中，始终不与摩擦层接触。

下面以第一部件13可以与摩擦层的上表面发生接触分离的运动模式，介绍包括摩擦层的发电机的工作原理。设定第一部件13的下表面与摩擦层5的上表面为不同材料，二者的材料存在电极序差异。下面以图7的结构为例详细介绍本实施例的发电机的工作原理，初始状态时第一部件13与摩擦层5未接触（见图7中a图），由于摩擦层5的上表面与第一部件13的下表面的材料存在电极序差异，二者之间存在得电子能力的差异，以摩擦层5的上表面得电子能力强而第一部件13的下表面更容易失去电子为例，当第一部件13的下表面与摩擦层5的上表面接触时发生表面电荷转移，使摩擦层5的上表面带有负电荷，而第一部件13的下表面则带正电荷（如图7中b图所示），两种电荷的电量大小相同，因此在第一电极层2和第二电极层3之间没有电势差，也就没有电荷流动。在外力作用下第一部件13与摩擦层5上表面分离（如图7中c图所示），此时由摩擦层5和第一电极层2所构成的整体具有净剩负电荷，第一部件13下表面具有正电荷，随着第一部件13与摩擦层5距离增大，第一部件13上表面的负电荷对第一电极层2中负电荷的静电排斥逐渐增大，从而使第一电极层2中的电子通过外电路流向第二电极层3，因此在第一电极层2和第二电极层3之间连接的电流表或者负载4中有电流流过。当第一部件13与摩擦层5上表面之间的距离回到初始位置时，第一部件13与摩擦层5上表面之间的间距达到最大，摩擦层5、第一电极层2和第二电极层3带有的总的负电荷与第一部件13下表面的正电荷达到平衡，在第一电极层2和第二电极层3之间没有电流产生（如图7中d图所示）。当第一部件13再度靠近摩擦层5时，由于第一部件1与摩擦层5上表面之间的间距变小，第一部件13下表面的正电荷对第一电极层2中正电荷的静电排斥作用增强，导致电子通过外电路由第二电极层3流入第一电极层2，从而在外电路产生与第一次方向相反的瞬时电流（如图7中e图所示）。当外力继续使第一部件13与摩擦层5上表面发生接触后，就又重复上面b-e图中的情形。第一部件13与摩擦层5反复接触和分离，在第一电极层2和第二电极层3之间形成交流脉冲电流。

从图7所示的发电机的发电原理可以看出，虽然摩擦层5在与第一部件13进行接触并分离后，其表面带有负电荷，并且这些负电荷可以一直保留，并且在第一部件13相对第一电极层2远离和靠近时，摩擦层5表面带有的电荷并不会影响第一电极层2与第二电极层3之间的电荷流动。

同样原理，对于第一部件可以与摩擦层的上表面发生滑动摩擦，并且使接触面积发生变化的情况，摩擦层的存在也不会影响发电机的工作。在这种情况下，与实施例二中类似，优选的，第一部件的下表面与摩擦层的上表面形状和尺寸相当，优选为相同。第一部件与摩擦层互相滑动的表面可以都为光滑平整表面，当然，相对于第一部件的下表面制备成图4中凹凸结构的情况，相应的，摩擦层的上表面也相应的制备成凹凸结构的表面。

对于实施例三中，第一部件不与第二部件中电极层接触的情况，在本实施例中也可以使第一部件不与摩擦层接触，同时也不与第二部件（即第一电极层或第二电极层）接触，由于摩擦层与第一电极层的相对位置固定，因此摩擦层的存在不会影响第二部件中第一电极层与第二电极层之间的电荷移动，只要控制带有电荷的第一部件不与摩擦层接触即可。

对于第一部件与摩擦层互相接触分离，或者互相滑动的情况，通过选择合适的摩擦层材料，第一部件除了实施例一中提到的绝缘体材料和半导体材料外，也可以为导电材料，例如金属或铟锡氧化物ITO，常用的金属包括金、银、铂、铝、镍、铜、钛、铬或硒，以及由上述金属形成的合金。只要满足第一部件与摩擦层互相能够接触的两个表面的材料存在摩擦电极序差异即可，在二者互相接触时在表面能够形成电荷，互相分离时电荷仍然保留在材料的表面。同样，摩擦层的上表面也可以经过物理或者化学改性，使摩擦层与第一部件接触时能够在第一部件的表面产生更多的电荷。

对于第一部件自身带有电荷，在相对于第一电极层运动过程中，始终不与摩擦层接触的情况，由于摩擦层5不与第一电极层相对运动，因此，无论摩擦层表面是否带有电荷，都不会影响第二部件中第一电极层与第二电极层中电荷的流动。而第一部件自身带有的电荷，可以通过与发电机以外的其他物体摩擦获得，也可以通过在工作前与发电机本身的摩擦层摩擦获得，还可以通过充电等其他方式获得。

摩擦层的材料可以为非导电材料，优选绝缘材料，可从实施例一中第一部件的可选材料中进行选择。摩擦层的存在对于第一电极层2可以形成较好的保护作用，因此其表面尺寸和形状优选为至少完全覆盖第一电极层2。优选的，摩擦层也可以覆盖第二电极层3。但是由于摩擦层会增加第一部件13和第二部件之间的垂直分离距离，其厚度也不应过厚，优选为薄片状或者薄膜状，一般选择在10nm到5cm之间，优选100nm到5mm，更优选1μm到500μm。

由于第一电极层2为发电机的电极层，优选采用现有的磁控溅射、蒸镀和印刷打印等技术在摩擦层的下表面来制备第一电极层。当然，也可以采用较厚的第一电极层2，例如Cu或Al箔，在其表面制备摩擦层5的材料，实现第一电极层2与摩擦层5的接触设置。

摩擦层可以为分立结构，例如由2个分离的部分组成，其中一个部分覆盖于第一电极层2的表面，另一个部分覆盖于第二电极层3的表面。摩擦层具体的结构和形状可以根据发电机中第一电极层的需要来设置，在不影响发电机工作的情况下保护第一电极层不被磨损。

本发明的所有实施例中，第一部件、第二部件以及摩擦层均可以为硬性材料或者柔性材料。因为材料的硬度并不影响二者之间的滑动摩擦或者接触摩擦效果，如需第一电极层或者第一部件的表面维持平面，还可以通过其他部件的支撑来实现。

实施例五：

本发明提供的发电机，还可以包括隔离层，用于隔离第二部件的第一电极层以及第二电极层，使二者隔离开并且保持设定的相对位置，并且可以使第二部件与其他器件绝缘和隔离。

参见图8，第二部件的第一电极层2和第二电极层3均镶嵌在隔离层6中，使第一电极层2与第二电极层3分隔设置并且相对位置固定，并且至少第一电极层2的上表面露出隔离层6。第二电极层3的上表面可以露出或者不露出隔离层6。第一电极层2与第二电极层3可以通过导线或者导电薄膜进行电连接。

在其他实施例中，隔离层也可以将第一电极层2和/或第二电极层3全部包裹住，参见图9，第一电极层2和第二电极层3的所有表面均被隔离层61覆盖。这样结构的发电机，覆盖在第一电极层2上表面上的隔离层61同时充当了实施例四中的摩擦层的作用。第一电极层2与第二电极层3可以通过导线或者导电薄膜进行电连接。

在其他实施例中，隔离层和第二部件的两个电极层可以按照层叠方式设置，参见图10，第二部件的第一电极层2和第二电极层3分别设置在隔离层62的上下表面，形成一种多层结构，第一电极层2与第二电极层3可以通过导线或者导电薄膜进行电连接。本实施例中，优选的，第一电极层2、第二电极层3和隔离层62均为薄层结构，有助于减小发电机整体结构，可以将器件小型化。所述多层结构还可以在第一电极层2的上表面设置摩擦层5，用于保护第一电极层的同时可以与第一部件1接触分离或者互相滑动摩擦，使第一部件1表面带有电荷。另外，所述多层结构还可以包括保护层7，设置在第二电极层的下表面，用于保护第二电极层。这种层状的多层结构可以通过常规的半导体器件制备工艺进行制作。

图10的多层结构中，第一电极层2和第二电极层3均可以为导电薄膜，薄膜厚度的可选范围为10nm-5mm，优选为100nm-500μm。第一电极层2和第二电极层3优选为金属薄膜层，可以采用现有的磁控溅射、蒸镀和印刷打印等技术来制作在隔离层62的上下表面。对于厚度比较大的第一电极层2和第二电极层3，可以采用粘贴等方式设置在隔离层62的上下表面。

隔离层和保护层的材料优选为绝缘材料或者半导体材料，隔离层与保护层在本发明中并不参与发电机的工作过程，所以材料的选择范围较宽，现有的绝缘材料和半导体材料均可以选取，例如有机物绝缘体材料PDMS、橡胶或玻璃板等，具体材料也可以从实施例一种列举的第一部件可以采用的绝缘材料和半导体中选取。

隔离层和保护层可以为硬性材料也可以为柔性结构。对于第一电极层2、第二电极层3、隔离层6、摩擦层5以及保护层7均为柔性结构的发电机，使发电机称为一个柔性器件，可以与其他柔性器件结合使用。采用柔性材料制成的发电机其优势在于柔软轻薄的摩擦表面受到轻微的外力作用就会发生形变，而这种形变会引起两个摩擦材料层（第一部件1和第一电极层2或摩擦层5）的相对位移，从而通过滑动摩擦向外输出电信号。柔性材料的使用使本发明的发电机可以在生物和医学领域中得到广泛的应用。在使用的过程中还可以用具有超薄、柔软、具有弹性和/或透明的高分子材料做基底，进行封装以方便使用并提高强度。显然，本发明公开的所有结构都可以用相应的超软并具有弹性的材料做成，从而形成柔性的发电机。

在本发明中，第一电极层2和第二电极层3需要电连接，才能在第一电极层2和第二电极层3之间产生电流，第一电极层2可以直接通过负载与第二电极层3电连接，所述的负载可以为简单的电阻（如照明设备），也可以为较复杂的电路（如多个电子元件的串并联电路），在这里不做特别限定，只要能够将第一电极层2和第二电极层3进行电连接即可。

实施例六：

相应的，本发明还提供一种发电方法，应用上述的任意一种发电机，包括步骤：

第一部件1相对于第一电极层2移动，使第一部件1所带的电荷在第一电极层2上的电势改变；

在第一电极层2与第二电极层之间产生电荷流动形成电流。

第一部件1相对于第一电极层2移动，可以为第一部件1与第一电极层2的表面发生接触后分离，使第一部件1带有电荷。在第一部件1与第一电极层2互相远离或者靠近过程中，使第一部件1所带的电荷在第一电极层2上的电势改变，第一部件1与第一电极层2之间的静电感应使连接在第一电极层2与第二电极层3之间的负载等上有电流流过。

第一部件1相对于第一电极层2移动，也可以为第一部件1与第一电极层2的表面互相滑动摩擦，并且在滑动过程中使接触面积发生变化，第一部件1表面带有电荷。在第一部件1与第一电极层2互相滑动过程中，使第一部件1所带的电荷在第一电极层2上的电势改变，第一部件1与第一电极层2之间的静电感应使连接在第一电极层2与第二电极层3之间的负载等上有电流流过。

第一部件1相对于第一电极层2移动，也可以为第一部件1相对于第一电极层2移动，并且始终不与第一电极层2接触，第一部件1自身带有电荷。在第一部件1相对于第一电极层2移动过程中，第一部件1所带的电荷在第一电极层2上的电势改变，第一部件1与第一电极层2之间的静电感应使连接在第一电极层2与第二电极层3之间的负载等上有电流流过。第一部件所带有的电荷可以为与第一电极层互相接触后分离所带有，也可以为通过其他方式带有。

其中，所述第一部件、第二部件的第一电极层和第二电极层的材料和结构可以采用本发明前述提到的发电机中的各部分的材料和结构，在这里不在重复。

实施例七：

切割一个长10cm×宽10cm×厚1mm的聚甲基丙烯酸甲酯薄板作为基底；在聚酰亚胺薄板的一面沉积铜膜作为第一电极层，另外一面沉积铜膜作为第二电极层；用铜导线链接铜膜并接入电压表；在第一电极层表面粘合一层长10cm×宽10cm×厚75μm的聚四氟乙烯薄膜作为摩擦层；在第二电极层表面粘合一层长10cm×宽10cm×厚50μm的尼龙薄膜作为保护层；将聚四氟乙烯薄膜朝上放置于地面，用鞋底和其周期性的接触后分开，连接在两个铜膜的电压表有相应变化的电信号输出，参见图11，电压表测得两个铜膜之间的电压信号的最大值约650V，说明发电机能够将外力的机械能转化为电能进行发电。

实施例八：

按照实施例五中基于静电感应的发电机的结构，本实施例提供一个具体发电机的制备过程。利用激光切割一个长10cm×宽2cm×厚1.59mm的有机玻璃作为发电机的隔离层。利用磁控溅射的方法，在隔离层上表面沉积1μm的铝薄膜作为第一电极层，下表面粘贴一个长10cm×宽2cm×厚25μm的铝箔作为第二电极层，第一电极层与第二电极层之间通过一个LED灯电连接。在一个长10cm×宽2cm×厚50μm的聚四氟乙烯薄膜的上表面制备聚四氟乙烯的纳米线涂层作为摩擦层，将上述聚四氟乙烯薄膜的下表面用导电胶粘贴在第一电极层上表面。将一块长10cm×宽2cm×厚2mm的铝片作为第一部件，铝片表面与聚四氟乙烯薄膜表面互相重合放置，在外力作用下铝片相对于聚四氟乙烯薄膜滑动，并且使接触面积改变，连接在第一电极层与第二电极层之间的LED灯能够点亮。说明发电机能够将外力的机械能转化为电能进行发电。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (32)

1.一种基于静电感应的发电机，其特征在于，所述发电机包括第一部件和第二部件，其中

所述第一部件带有电荷；

所述第二部件由一个第一电极层和与之配合的一个第二电极层组成，所述第一电极层和第二电极层分隔设置并且互相电连接；

当所述第一部件相对所述第二部件的第一电极层移动，使所述第一部件所带的电荷在所述第一电极层上的电势改变，在静电感应作用下电荷在第一电极层和第二电极层之间流动形成电流。

2.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述第一部件能够与所述第二部件的第一电极层接触和分离使第一部件相对于第二部件的第一电极层移动，并且使所述第一部件的表面带有电荷；

或者，所述第一部件能够与所述第二部件的第一电极层互相滑动摩擦并且在摩擦过程中接触面积发生变化，使第一部件相对于第二部件的第一电极层移动，并且使所述第一部件的表面带有电荷；

或者，所述第一部件在与第一电极层接触前预先带有电荷。

3.根据权利要求2所述的发电机，其特征在于，所述第一部件与所述第一电极层能够互相接触的表面的形状和尺寸相当。

4.根据权利要求2所述的发电机，其特征在于，所述第一部件与第二部件的第一电极层互相滑动的表面都为光滑平整表面，或者都为凹凸结构的不平整表面。

5.根据权利要求2所述的发电机，其特征在于，所述第一部件与第一电极层能够互相接触的两个表面中至少一个表面经过物理或化学改性处理。

6.根据权利要求2-5中任一项所述的发电机，其特征在于，所述第一部件能够与所述第一电极层接触的表面的材料为绝缘材料或者半导体材料。

7.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述第一部件不与所述第二部件中任意一个电极层接触，所述第一部件为带电物体。

8.根据权利要求1或7所述的发电机，其特征在于，所述第一部件在第一电极层所在表面上的投影尺寸和形状与第一电极层的尺寸和形状相当。

9.根据权利要求7或8所述的发电机，其特征在于，所述第一部件为驻极体材料。

10.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，还包括摩擦层，所述第二部件的第一电极层贴合在所述摩擦层的下表面。

11.根据权利要求10所述的发电机，其特征在于，所述摩擦层的材料为绝缘材料或者半导体；所述摩擦层的厚度范围在10nm到5cm之间。

12.根据权利要求10或11所述的发电机，其特征在于，所述第一部件能够与所述摩擦层的上表面接触和分离使第一部件相对于第二部件的第一电极层移动，并且使所述第一部件的表面带有电荷；

或者，所述第一部件能够与所述摩擦层上表面互相滑动摩擦并且在摩擦过程中接触面积发生变化，使第一部件相对于第二部件的第一电极层移动，并且使所述第一部件的表面带有电荷。

13.根据权利要求12所述的发电机，其特征在于，所述第一部件与所述摩擦层能够互相接触的表面的形状和尺寸相当。

14.根据权利要求12所述的发电机，其特征在于，所述第一部件与摩擦层互相滑动的表面都为光滑平整表面，或者都为凹凸结构的不平整表面。

15.根据权利要求12所述的发电机，其特征在于，所述第一部件与第一电极层能够互相接触的两个表面中至少一个表面经过物理或化学改性处理。

16.根据权利要求11-15中任一项所述的发电机，其特征在于，所述第一部件能够与所述摩擦层互相接触的两个表面的材料为绝缘材料、半导体或者导体材料；所述第一部件与所述摩擦层能够互相接触的两个表面的材料存在电极序差异。

17.根据权利要求10或11所述的发电机，其特征在于，所述第一部件不与所述摩擦层和第二部件接触，所述第一部件为带电物体。

18.根据权利要求17所述的发电机，其特征在于，所述第一部件在第一电极层所在表面上的投影尺寸和形状与第一电极层的尺寸和形状相当。

19.根据权利要求17或18所述的发电机，其特征在于，所述第一部件为驻极体材料。

20.根据权利要求1-19中任一项所述的发电机，其特征在于，还包括隔离层，所述隔离层用于隔离所述第二部件的第一电极层以及第二电极层，使二者隔离开并且保持设定的相对位置。

21.根据权利要求20所述的发电机，其特征在于，所述隔离层的材料为绝缘体材料。

22.根据权利要求19或20所述的发电机，其特征在于，所述第二部件的第一电极层和第二电极层均镶嵌在所述隔离层中，至少第一电极层的上表面露出所述隔离层；

或者，所述隔离层将所述第一电极层和/或第二电极层全部包裹住；

或者，所述隔离层和所述第二部件的两个电极层按照层叠方式设置，第二部件的第一电极层和第二电极层分别设置在隔离层的上下表面。

23.根据权利要求5、16或21所述的发电机，其特征在于，所述绝缘材料为下列材料中的一种或几种：聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、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、再生纤维海绵、聚氨酯弹性体、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、人造纤维、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯柔性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、酚醛树脂、氯丁橡胶、丁二烯丙烯共聚物、天然橡胶、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-co-丙烯腈)、聚乙烯丙二酚碳酸盐，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚三氟氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、派瑞林、羊毛及其织物、蚕丝及其织物、纸、棉及其织物、聚氨酯弹性体、木头、硬橡胶和醋酸酯。

24.根据权利要求5或16所述的发电机，其特征在于，所述半导体材料为下列材料中的一种或几种：硅、锗、第Ⅲ和第Ⅴ族化合物、第Ⅱ和第Ⅵ族化合物、以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体、非晶态的玻璃半导体、有机半导体，以及非导电性氧化物、半导体氧化物和复杂氧化物半导体。

25.根据权利要求5或15所述的发电机，其特征在于，所述经过物理改性的表面部分或全部分布有微米或次微米量级的微结构阵列。

26.根据权利要求5或15所述的发电机，其特征在于，所述经过化学改性的表面，全部或部分分布有纳米、微米或次微米量级的微结构，所述微结构选自纳米线、纳米管、纳米颗粒、纳米棒、纳米花、纳米沟槽、微米沟槽，纳米锥、微米锥、纳米球或微米球状结构，以及由前述结构形成的阵列。

27.根据权利要求1-24中任一项所述的发电机，其特征在于，所述第一电极层和第二电极层的材料为金属或铟锡氧化物ITO、FTO或导电高分子材料。

28.根据权利要求1-9中任一项所述的发电机，其特征在于，所述第一部件、第一电极层和/或第二电极层为柔性材料。

29.根据权利要求10-19中任一项所述的发电机，其特征在于，所述第一部件、第一电极层、第二电极层和/或摩擦层为柔性材料。

30.根据权利要求20-29中任一项所述的发电机，其特征在于，所述隔离层为柔性材料。

31.一种基于静电感应的发电方法，其特征在于，应用权利要求1-30任一项所述的发电机，包括步骤：

所述第一部件相对于第一电极层移动，使第一部件所带的电荷在第一电极层上的电势改变；在所述第一电极层与第二电极层之间产生电荷流动形成电流。

32.根据权利要求31所述的发电方法，其特征在于，

所述第一部件相对于第一电极层移动，具体为第一部件与第一电极层的表面发生接触后分离，使第一部件带有电荷；

或者，所述第一部件相对于第一电极层移动，具体为第一部件与第一电极层的表面互相滑动摩擦，并且在滑动过程中使接触面积发生变化，使第一部件表面带有的电荷；

或者，所述第一部件相对于第一电极层移动，具体为第一部件相对于第一电极层移动，并且始终不与第一电极层接触，所述第一部件自身带有电荷。