CN105099258B - 具有嵌入式电极结构的摩擦发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有嵌入式电极结构的摩擦发电机及氧化锌发电机，其中，具有嵌入式电极结构的摩擦发电机包括：层叠设置的第一薄膜层和第二薄膜层；第一薄膜层由第一电极和第一聚合物薄膜组成，其中，第一聚合物薄膜与第二薄膜层相对设置的两个表面之间形成摩擦界面；在第一薄膜层中，第一电极的部分结构嵌入至第一聚合物薄膜中。该具有嵌入式电极结构的摩擦发电机增加了第一电极和第一聚合物薄膜的接触面积，从而增加了第一薄膜层产生的感应电荷量，提高了摩擦发电机的输出电流及发电效率。

Description

具有嵌入式电极结构的摩擦发电机

技术领域

本发明涉及纳米技术领域，具体涉及一种具有嵌入式电极结构的摩擦发电机及氧化锌发电机。

背景技术

能源短缺是当今人类社会面临的重大问题，为了应对这一问题，科学家们利用电磁、压电、静电等原理研制了发电机，通过收集机械能并将机械能转换为电能。其中，摩擦发电机就是利用摩擦层之间的相互摩擦起电效应，使与摩擦层接触的电极产生感应电荷，从而输出电能。然而摩擦发电机的发电效率却相对较低，从而限制了摩擦发电机在各方面的应用。另外，氧化锌发电机也同样存在着发电效率低的问题。

因此，人们试图通过各种方式来提高摩擦发电机和氧化锌发电机的发电效率。例如，针对摩擦发电机，人们通过增大摩擦层之间的摩擦面积、加大摩擦力度、加快摩擦频率等方式来提高摩擦发电机的发电效率，但是上述方式对于摩擦发电机的发电效率的提高是有限的。如何能够进一步提高摩擦发电机及氧化锌发电机的发电效率是人们需要解决的问题。

发明内容

本发明的发明目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种具有嵌入式电极结构的摩擦发电机及氧化锌发电机，用于解决现有技术中的摩擦发电机及氧化锌发电机发电效率低的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种具有嵌入式电极结构的摩擦发电机，包括：层叠设置的第一薄膜层和第二薄膜层；第一薄膜层由第一电极和第一聚合物薄膜组成，其中，第一聚合物薄膜与第二薄膜层相对设置的两个表面之间形成摩擦界面；在第一薄膜层中，第一电极的部分结构嵌入至第一聚合 物薄膜中。

进一步，第一电极包含第一外电极层和至少一层第一内电极分层；第一外电极层位于第一聚合物薄膜表面，作为摩擦发电机的输出电极；至少一层第一内电极分层位于第一聚合物薄膜内部；第一外电极层与至少一层第一内电极分层电性连接。

进一步，第一电极朝向第一聚合物薄膜的一侧表面具有多个第一凸起部；第一聚合物薄膜朝向第一电极的一侧表面具有多个第一凹陷部；多个第一凸起部嵌入到多个第一凹陷部中。

进一步，第一凸起部为棱柱状或棱锥状。

进一步，第二薄膜层至少包含第二电极；第一电极和第二电极为摩擦发电机的输出电极。

进一步，第二薄膜层还包含第二聚合物薄膜，第二聚合物薄膜设置在第二电极与第一薄膜层相对的一侧表面上。

进一步，在第二薄膜层中，第二电极的部分结构嵌入至第二聚合物薄膜中。

进一步，第二电极包含第二外电极层和至少一层第二内电极分层；第二外电极层位于第二聚合物薄膜表面，作为摩擦发电机的输出电极；至少一层第二内电极分层位于第二聚合物薄膜内部；第二外电极层与至少一层第二内电极分层电性连接。

进一步，第二电极朝向第二聚合物薄膜的一侧表面具有多个第二凸起部；第二聚合物薄膜朝向第二电极的一侧表面具有多个第二凹陷部；多个第二凸起部嵌入到多个第二凹陷部中。

进一步，第二凸起部为棱柱状或棱锥状。

进一步，摩擦发电机还包括：居间层；居间层设置在第一薄膜层和第二薄膜层之间。

根据本发明的另一个方面，提供一种具有嵌入式电极结构的氧化锌发电机，包括：依次层叠设置的第一薄膜层、氧化锌纳米线阵列、第二电极和基底；其中，第一薄膜层由第一电极和第一聚合物薄膜组成，其中第一聚合物 薄膜与氧化锌纳米线阵列接触；第一薄膜层为氧化锌发电机中覆盖在氧化锌纳米线阵列上的一层感应电极层；在第一薄膜层中，第一电极的部分结构嵌入至第一聚合物薄膜中；第一电极和第二电极为氧化锌发电机的输出电极。

进一步，第一电极包含第一外电极层和至少一层第一内电极分层；第一外电极层位于第一聚合物薄膜表面，作为氧化锌发电机的输出电极；至少一层第一内电极分层位于第一聚合物薄膜内部；第一外电极层与至少一层第一内电极分层电性连接。

进一步，第一电极朝向第一聚合物薄膜的一侧表面具有多个第一凸起部；第一聚合物薄膜朝向第一电极的一侧表面具有多个第一凹陷部；多个第一凸起部嵌入到多个第一凹陷部中。

进一步，第一凸起部为棱柱状或棱锥状。

根据本发明提供的技术方案，摩擦发电机及氧化锌发电机都包括由第一电极和第一聚合物薄膜组成的第一薄膜层，并将第一电极的部分结构嵌入至第一聚合物薄膜的内部，从而增加了第一电极和第一聚合物薄膜的接触面积，进而增加了第一薄膜层产生的感应电荷量，提高了摩擦发电机和氧化锌发电机的输出电流及发电效率。

附图说明

图1为本发明提供的第一薄膜层实施例一的截面结构示意图；

图2为本发明提供的第一薄膜层实施例二的截面结构示意图；

图3为本发明提供的第一薄膜层实施例三的截面结构示意图；

图4为本发明提供的第一薄膜层实施例四的截面结构示意图；

图5为本发明提供的具有嵌入式电极结构的摩擦发电机实施例一的截面结构示意图；

图6为本发明提供的具有嵌入式电极结构的摩擦发电机实施例二的截面结构示意图；

图7为本发明提供的具有嵌入式电极结构的摩擦发电机实施例三的截面 结构示意图；

图8为本发明提供的具有嵌入式电极结构的摩擦发电机实施例四的截面结构示意图；

图9为本发明提供的具有嵌入式电极结构的摩擦发电机实施例五的截面结构示意图；

图10为本发明提供的具有嵌入式电极结构的摩擦发电机实施例六的截面结构示意图；

图11为本发明提供的具有嵌入式电极结构的摩擦发电机实施例七的截面结构示意图；

图12为本发明提供的具有嵌入式电极结构的摩擦发电机实施例八的截面结构示意图；

图13为本发明提供的具有嵌入式电极结构的摩擦发电机实施例九的截面结构示意图；

图14为本发明提供的具有嵌入式电极结构的氧化锌发电机实施例的截面结构示意图；

图15为与摩擦发电机实施例九相对应的原始结构的摩擦发电机的截面结构示意图；

图16为两个摩擦发电机开路电压的测试数据；

图17为两个摩擦发电机短路电流的测试数据。

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。

根据本发明的一个方面，提供了一种具有嵌入式电极结构的摩擦发电机，包括：层叠设置的第一薄膜层和第二薄膜层；第一薄膜层由第一电极和第一聚合物薄膜组成，第一聚合物薄膜与第二薄膜层相对设置的两个表面之间形成摩擦界面。在第一薄膜层中，第一电极的部分结构嵌入至第一聚合物薄膜 中。

将第一电极的部分结构嵌入至第一聚合物薄膜中的方式可以有许多种。具体地说，第一电极可包含第一外电极层和至少一层第一内电极分层，其中，第一外电极层位于第一聚合物薄膜表面，作为摩擦发电机的输出电极，至少一层第一内电极分层位于第一聚合物薄膜内部，第一外电极层与至少一层第一内电极分层电性连接；或者，第一电极朝向第一聚合物薄膜的一侧表面具有多个第一凸起部，第一聚合物薄膜朝向第一电极的一侧表面具有多个第一凹陷部，多个第一凸起部嵌入到多个第一凹陷部中。

图1为本发明提供的第一薄膜层实施例一的截面结构示意图，如图1所示，第一薄膜层由第一电极101和第一聚合物薄膜104组成。第一电极101包含第一外电极层102和一层第一内电极分层103，其中，第一外电极层102位于第一聚合物薄膜104表面，作为摩擦发电机的输出电极，一层第一内电极分层103位于第一聚合物薄膜104内部，第一外电极层102与这一层第一内电极分层103电性连接，也就是说在第一聚合物薄膜104内部嵌入了一层第一内电极分层103，从而增加了第一电极101与第一聚合物薄膜104的接触面积，进而增加了第一薄膜层中的第一电极101在静电感应原理下产生的感应电荷量，提高了摩擦发电机的输出电流及发电效率。

图2为本发明提供的第一薄膜层实施例二的截面结构示意图，如图2所示，第一薄膜层由第一电极201和第一聚合物薄膜204组成。第一电极201包含第一外电极层202和两层第一内电极分层203，其中，第一外电极层202位于第一聚合物薄膜204表面，作为摩擦发电机的输出电极，两层第一内电极分层203位于第一聚合物薄膜204内部，也就是说在第一聚合物薄膜204内部嵌入了两层第一内电极分层203，而第一外电极层202与这两层第一内电极分层203电性连接。

由于第一聚合物薄膜204内部嵌入了两层第一内电极分层203，与第一薄膜层实施例一相比，本实施例使第一电极201与第一聚合物薄膜204的接触面积得到了更进一步增加，使第一薄膜层中的第一电极201在静电感应原理下产生了更多的感应电荷量，进一步提高了摩擦发电机的输出电流及发电效率。

参照第一薄膜层实施例一和实施例二，可以根据设计及性能需要在第一聚合物薄膜204内设置更多层的第一内电极分层203，此处不做限定。

图3为本发明提供的第一薄膜层实施例三的截面结构示意图，如图3所示，第一薄膜层由第一电极301和第一聚合物薄膜302组成。第一电极301朝向第一聚合物薄膜302的一侧表面具有多个第一凸起部303，第一聚合物薄膜302朝向第一电极301的一侧表面具有多个第一凹陷部304，多个第一凸起部303嵌入到多个第一凹陷部304中。其中，多个第一凸起部303为棱锥状，本发明对棱锥的棱数不做限定，可以为三棱锥、四棱锥等，多个第一凸起部303的截面为三角形。多个第一凸起部303与多个第一凹陷部304的设置增加了第一电极301与第一聚合物薄膜302的接触面积，进而增加了第一薄膜层中的第一电极301在静电感应原理下产生的感应电荷量，提高了摩擦发电机的输出电流及发电效率。

图4为本发明提供的第一薄膜层实施例四的截面结构示意图，如图4所示，第一薄膜层由第一电极401和第一聚合物薄膜402组成。第一电极401朝向第一聚合物薄膜402的一侧表面具有多个第一凸起部403，第一聚合物薄膜402朝向第一电极401的一侧表面具有多个第一凹陷部404，多个第一凸起部403嵌入到多个第一凹陷部404中。其中，多个第一凸起部403为棱柱状，本发明对棱柱的棱数不做限定，可以为三棱柱、四棱柱等，多个第一凸起部403的截面为矩形。多个第一凸起部403与多个第一凹陷部404的设置增加了第一电极401与第一聚合物薄膜402的接触面积，进而增加了第一薄膜层中的第一电极401在静电感应原理下产生的感应电荷量，提高了摩擦发电机的输出电流及发电效率。

另外，多个第一凸起部403可以是阵列排布，也可以不是阵列排布。多个第一凸起部403的截面还可以为梯形、正方形等形状，多个第一凸起部403与多个第一凹陷部404的具体设置与截面形状可以根据实际需要设置，此处不做具体限定。

其中，上述第一薄膜层实施例一和实施例二中的第一外电极层和第一内电极分层的材料及第一薄膜层实施例三和实施例四中的第一电极的材料选自铟锡氧化物、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、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。

其中，上述所有实施例中的第一聚合物薄膜的材料选自聚二甲基硅氧烷薄膜、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一种。

下面分别对第一薄膜层实施例一和第一薄膜层实施例四的制备方法进行具体介绍。

其中，第一薄膜层实施例一的制备方法为：

步骤1：通过旋涂工艺在模板上制备聚合物薄膜，加热固化后，在聚合物薄膜的外侧表面四周粘贴掩膜。

步骤2：通过磁控溅射工艺在经步骤1得到的聚合物薄膜的外表面上沉积金属，得到第一内电极分层，或者直接在经步骤1得到的聚合物薄膜的外表面上粘贴已单独完成制备的第一内电极分层。

步骤3：在第一内电极分层上粘连掩膜，作为与第一外电极层的连接位置。

步骤4：取下聚合物薄膜外侧表面四周所粘贴的掩膜，再次通过旋涂工艺涂覆聚合物薄膜并加热固化。

步骤5：取下第一内电极分层上粘连的掩膜，通过磁控溅射工艺制备第一外电极层，从而完成了第一薄膜层实施例一的制备。

第一薄膜层实施例四的制备方法为：

步骤1：通过旋涂工艺在模板上制备聚合物薄膜，并加热固化。

步骤2：在经步骤1得到的聚合物薄膜外侧表面上粘贴掩膜，之后通过刻蚀工艺在聚合物薄膜上刻蚀出多个第一凹陷部。

步骤3：通过磁控溅射工艺在多个第一凹陷部内沉积金属，当沉积在多个第一凹陷部内的金属的外侧表面与聚合物薄膜的外侧表面处于同一水平面时，停止磁控溅射，得到多个第一凸起部。

步骤4：取下聚合物薄膜外侧表面所粘贴的掩膜，再次通过磁控溅射工艺沉积金属，得到第一电极，从而完成了第一薄膜层实施例四的制备。

根据本发明提供的技术方案，第二薄膜层至少包含第二电极，第一电极和第二电极为摩擦发电机的输出电极。当第二薄膜层只包含第二电极时，该摩擦发电机为三层结构的摩擦发电机。当第二薄膜层除了包含第二电极还包含第二聚合物薄膜时，第二聚合物薄膜设置在第二电极与第一薄膜层相对的一侧表面上，该摩擦发电机为四层结构的摩擦发电机。另外，该摩擦发电机还可为五层结构的摩擦发电机，此时该摩擦发电机还包括居间层，其中，居间层设置在第一薄膜层和第二薄膜层之间。

下面通过具体实施例对本发明提供的具有嵌入式电极结构的摩擦发电机进行具体介绍。

图5为本发明提供的具有嵌入式电极结构的摩擦发电机实施例一的截面结构示意图，如图5所示，该摩擦发电机包括：第一薄膜层和第二薄膜层。第一薄膜层由第一电极101和第一聚合物薄膜104组成，在第一薄膜层中，第一电极101的部分结构嵌入至第一聚合物薄膜104中。第二薄膜层包含第二电极105。第一电极101和第二电极105为摩擦发电机的输出电极，此时的摩擦发电机为三层结构的摩擦发电机。

如图5所示，本实施例中的第一薄膜层为本发明提供的第一薄膜层实施例一，由于在第一聚合物薄膜104内部嵌入了一层第一内电极分层103，而第一外电极层102与这一层第一内电极分层103电性连接，从而增加了第一电极101与第一聚合物薄膜104的接触面积。当第一薄膜层的第一聚合物薄膜104和第二电极105相互接触产生摩擦作用时，增加了第一电极101产生的感应电荷量，提高了摩擦发电机的输出电流及发电效率。

本发明还提供了具有嵌入式电极结构的摩擦发电机实施例二，如图6所示，摩擦发电机实施例二与摩擦发电机实施例一的区别在于：第一薄膜层采用的是本发明提供的第一薄膜层实施例二，由于第一聚合物薄膜204内部嵌入了两层第一内电极分层203，与摩擦发电机实施例一相比，本实施例使第一电极201与第一聚合物薄膜204的接触面积得到了更进一步增加，当第一薄膜层中的第一聚合物薄膜204和第二电极205相互接触产生摩擦作用时，第一电极201上产生了更多的感应电荷，进一步提高了摩擦发电机的输出电流及发电效率。

本发明还提供了具有嵌入式电极结构的摩擦发电机实施例三，如图7所示，摩擦发电机实施例三与摩擦发电机实施例一的区别在于：第一薄膜层采用的是本发明提供的第一薄膜层实施例三，第一电极301朝向第一聚合物薄膜302的一侧表面具有多个第一凸起部303，第一聚合物薄膜302朝向第一电极301的一侧表面具有多个第一凹陷部304，多个第一凸起部303嵌入到多个第一凹陷部304中。其中，多个第一凸起部303为棱锥状，多个第一凸起部303的截面为三角形。多个第一凸起部303与多个第一凹陷部304的设置增加了第一电极301与第一聚合物薄膜302的接触面积。当第一薄膜层中的第一聚合物薄膜302和第二电极305相互接触产生摩擦作用时，增加了第一电极301产生的感应电荷量，提高了摩擦发电机的输出电流及发电效率。

本发明还提供了具有嵌入式电极结构的摩擦发电机实施例四，如图8所示，摩擦发电机实施例四与摩擦发电机实施例三的区别在于：第一薄膜层采用的是本发明提供的第一薄膜层实施例四，多个第一凸起部403为棱柱状，多个第一凸起部403的截面为矩形。多个第一凸起部403嵌入到多个第一凹陷部404中，多个第一凸起部403与多个第一凹陷部404的设置增加了第一电极401与第一聚合物薄膜402的接触面积。当第一薄膜层中的第一聚合物薄膜402和第二电极405相互接触产生摩擦作用时，增加了第一电极401产生的感应电荷量，提高了摩擦发电机的输出电流及发电效率。

图9为本发明提供的具有嵌入式电极结构的摩擦发电机实施例五的截面结构示意图，如图9所示，该摩擦发电机包括：第一薄膜层和第二薄膜层。第一薄膜层由第一电极101和第一聚合物薄膜104组成，在第一薄膜层中， 第一电极101的部分结构嵌入至第一聚合物薄膜104中。第二薄膜层包含第二电极501和第二聚合物薄膜504，第二电极501的部分结构嵌入至第二聚合物薄膜504中，此时的摩擦发电机为四层结构的摩擦发电机。

如图9所示，本实施例中的第一薄膜层为本发明提供的第一薄膜层实施例一，第一电极101包含第一外电极层102和一层第一内电极分层103，其中，第一外电极层102位于第一聚合物薄膜104表面，作为摩擦发电机的一个输出电极，一层第一内电极分层103位于第一聚合物薄膜104内部，第一外电极层102与这一层第一内电极分层103电性连接；第二电极501包含第二外电极层502和一层第二内电极分层503，其中，第二外电极层502位于第二聚合物薄膜504表面，作为摩擦发电机的另一个输出电极，一层第二内电极分层503位于第二聚合物薄膜504内部，第二外电极层502与这一层第二内电极分层503电性连接。也就是说在第一聚合物薄膜104内部嵌入了一层第一内电极分层103，在第二聚合物薄膜504内部嵌入了一层第二内电极分层503，从而既增加了第一电极101与第一聚合物薄膜104的接触面积，也增加了第二电极501与第二聚合物薄膜504的接触面积。当第一聚合物薄膜104和第二聚合物薄膜504相互接触产生摩擦作用时，增加了第一电极101和第二电极501产生的感应电荷量，提高了摩擦发电机的输出电流及发电效率。

本发明还提供了具有嵌入式电极结构的摩擦发电机实施例六，如图10所示，摩擦发电机实施例六与摩擦发电机实施例五的区别在于：第一薄膜层采用的是本发明提供的第一薄膜层实施例二，第一聚合物薄膜204内部嵌入了两层第一内电极分层203，第一外电极层202与这两层第一内电极分层203电性连接，并且第二聚合物薄膜604内部嵌入了两层第二内电极分层603，第二外电极层602与这两层第二内电极分层603电性连接。与摩擦发电机实施例六相比，本实施例使第一电极201与第一聚合物薄膜204的接触面积、第二电极601与第二聚合物薄膜604的接触面积都得到了更进一步增加，当第一薄膜层和第二薄膜层相互接触产生摩擦作用时，第一电极201和第二电极601产生了更多的感应电荷，进一步提高了摩擦发电机的输出电流及发电效率。

本发明还提供了具有嵌入式电极结构的摩擦发电机实施例七，如图11所示，摩擦发电机实施例七与摩擦发电机实施例五的区别在于：第一薄膜层采 用的是本发明提供的第一薄膜层实施例三，第一电极301朝向第一聚合物薄膜302的一侧表面具有多个第一凸起部303，第一聚合物薄膜302朝向第一电极301的一侧表面具有多个第一凹陷部304，多个第一凸起部303嵌入到多个第一凹陷部304中；并且第二电极701朝向第二聚合物薄膜702的一侧表面具有多个第二凸起部703，第二聚合物薄膜702朝向第二电极701的一侧表面具有多个第二凹陷部704，多个第二凸起部703嵌入到多个第二凹陷部704中。其中，多个第一凸起部303和多个第二凸起部703为棱锥状，多个第一凸起部303和多个第二凸起部703的截面为三角形。多个第一凸起部303与多个第一凹陷部304的设置增加了第一电极301与第一聚合物薄膜302的接触面积，多个第二凸起部703与多个第二凹陷部704的设置增加了第二电极701与第二聚合物薄膜702的接触面积。当第一薄膜层和第二薄膜层相互接触产生摩擦作用时，增加了第一电极301和第二电极701产生的感应电荷量，提高了摩擦发电机的输出电流及发电效率。

本发明还提供了具有嵌入式电极结构的摩擦发电机实施例八，如图12所示，该摩擦发电机包括：第一薄膜层和第二薄膜层。其中第二薄膜层包含第二电极801和第二聚合物薄膜802。摩擦发电机实施例八与摩擦发电机实施例七的区别在于：多个第一凸起部403和多个第二凸起部803为棱柱状，多个第一凸起部403和多个第二凸起部803的截面为矩形。其中，多个第一凸起部403嵌入到多个第一凹陷部404中，多个第二凸起部803嵌入到多个第二凹陷部804中。另外，多个第二凸起部803可以是阵列排布，也可以不是阵列排布。多个第二凸起部803的截面还可以为梯形、正方形等形状，多个第二凸起部803与多个第二凹陷部804的具体设置与截面形状可以根据实际需要设置，此处不做具体限定。

作为一种可选的实施方式，本发明提供的具有嵌入式电极结构的摩擦发电机包括第一薄膜层和第二薄膜层。其中，第一薄膜层由第一电极和第一聚合物薄膜组成，在第一薄膜层中，第一电极的部分结构嵌入至第一聚合物薄膜中。第二薄膜层包含第二电极和第二聚合物薄膜，第二聚合物薄膜与第二电极层叠设置，且第二电极的部分结构没有嵌入至第二聚合物薄膜中，此时摩擦发电机为四层结构的摩擦发电机。其中，第一薄膜层可以采用本发明提 供的第一薄膜层实施例一至实施例四中的任一种。

图13为本发明提供的具有嵌入式电极结构的摩擦发电机实施例九的截面结构示意图，如图13所示，本实施例中的第一薄膜层为本发明提供的第一薄膜层实施例一，第一薄膜层由第一电极101和第一聚合物薄膜104组成。第一电极101包含第一外电极层102和一层第一内电极分层103，其中，第一外电极层102位于第一聚合物薄膜104表面，作为摩擦发电机的输出电极，一层第一内电极分层103位于第一聚合物薄膜104内部，第一外电极层102与这一层第一内电极分层103电性连接。第二薄膜层包含第二电极901和第二聚合物薄膜902，第二聚合物薄膜902与第二电极901层叠设置。由于在第一聚合物薄膜104内部嵌入了一层第一内电极分层103，从而增加了第一电极101与第一聚合物薄膜104的接触面积，增加了第一电极101产生的感应电荷量，提高了摩擦发电机的输出电流及发电效率。

作为一种可选的实施方式，本发明提供的具有嵌入式电极结构的摩擦发电机除了包括第一薄膜层和第二薄膜层，还包括居间层。居间层设置在第一薄膜层和第二薄膜层之间，且第一薄膜层由第一电极和第一聚合物薄膜组成，在第一薄膜层中，第一电极的部分结构嵌入至第一聚合物薄膜中。第二薄膜层包含第二电极和第二聚合物薄膜。在第二薄膜层中，第二电极的部分结构可以嵌入至第二聚合物薄膜中，第二电极的部分结构也可以不嵌入至第二聚合物薄膜中。此时的摩擦发电机为五层结构的摩擦发电机。当第一薄膜层和居间层相互接触产生摩擦作用，和/或第二薄膜层和居间层相互接触产生摩擦作用时，增加了产生的感应电荷量，提高了摩擦发电机的输出电流及发电效率。

根据本发明的另一个方面，提供一种具有嵌入式电极结构的氧化锌发电机，包括：依次层叠设置的第一薄膜层、氧化锌纳米线阵列、第二电极和基底；其中，第一薄膜层由第一电极和第一聚合物薄膜组成，第一聚合物薄膜与氧化锌纳米线阵列接触。第一薄膜层为氧化锌发电机中覆盖在氧化锌纳米线阵列上的一层感应电极层。在第一薄膜层中，第一电极的部分结构嵌入至第一聚合物薄膜中，第一电极和第二电极为氧化锌发电机的输出电极。

将第一电极的部分结构嵌入至第一聚合物薄膜中的方式可以有许多种。 具体地说，第一电极包含第一外电极层和至少一层第一内电极分层，第一外电极层位于第一聚合物薄膜表面，作为氧化锌发电机的输出电极，至少一层第一内电极分层位于第一聚合物薄膜内部，第一外电极层与至少一层第一内电极分层电性连接；或者，第一电极朝向第一聚合物薄膜的一侧表面具有多个第一凸起部，第一聚合物薄膜朝向第一电极的一侧表面具有多个第一凹陷部，多个第一凸起部嵌入到多个第一凹陷部中。

图14为本发明提供的具有嵌入式电极结构的氧化锌发电机实施例的截面结构示意图，如图14所示，该氧化锌发电机包括：依次层叠设置的第一薄膜层、氧化锌纳米线阵列1001、第二电极1002和基底1003，其中，第一薄膜层由第一电极101和第一聚合物薄膜104组成，第一聚合物薄膜104与氧化锌纳米线阵列1001接触。第一薄膜层为氧化锌发电机中覆盖在氧化锌纳米线阵列1001上的一层感应电极层。在第一薄膜层中，第一电极101的部分结构嵌入至第一聚合物薄膜104中。其中，第一薄膜层可以采用本发明提供的第一薄膜层实施例一至实施例四中的任一种。此时，第一电极101和第二电极1002为氧化锌发电机的输出电极。

如图14所示，本实施例中的第一薄膜层为本发明提供的第一薄膜层实施例一，由于在第一聚合物薄膜104内部嵌入了一层第一内电极分层103，而第一外电极层102与这一层第一内电极分层103电性连接，从而增加了第一电极101与第一聚合物薄膜104的接触面积，增加了产生的感应电荷量，提高了氧化锌发电机的输出电流及发电效率。

为了更加清晰直观地了解本发明提供的具有嵌入式电极结构的摩擦发电机的优越性能，在室温及室压环境下，将本发明提供的摩擦发电机实施例九和与其对应的原始结构的摩擦发电机进行对比测试，其中，与摩擦发电机实施例九相对应的原始结构的摩擦发电机的截面结构如图15所示，原始结构的摩擦发电机由第一电极1101、第一聚合物薄膜1102、第二聚合物薄膜1103和第二电极1104组成，其中第一电极1101和第一聚合物薄膜1102层叠设置，第二聚合物薄膜1103和第二电极1104层叠设置。摩擦发电机实施例九与原始结构的摩擦发电机的尺寸均为4.5cm×6.5cm，且相对应的各层选用的材料也相同。

具体的测试内容为：在测试频率为2Hz(即按压摩擦发电机的频率)下测试上述两个摩擦发电机在不同测试压力情况下获得的开路电压和短路电流，图16为两个摩擦发电机开路电压的测试数据，图17为两个摩擦发电机短路电流的测试数据，图16和图17的测试结果可以总结为表一。从表一中可清晰地看出在不同测试压力，与原始结构的摩擦发电机相比，摩擦发电机实施例九的开路电压和短路电流都得到了明显提高。

表一：开路电压及短路电流的测试数据

根据本发明提供的技术方案，摩擦发电机及氧化锌发电机都包括由第一电极和第一聚合物薄膜组成的第一薄膜层，并将第一电极的部分结构嵌入至第一聚合物薄膜的内部，从而增加了第一电极和第一聚合物薄膜的接触面积，进而增加了第一薄膜层在静电感应原理下产生的感应电荷量，提高了摩擦发电机和氧化锌发电机的输出电流及发电效率。

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 (6)

1.一种具有嵌入式电极结构的摩擦发电机，其特征在于，包括：层叠设置的第一薄膜层和第二薄膜层；

所述第一薄膜层由第一电极和第一聚合物薄膜组成，其中，所述第一聚合物薄膜与所述第二薄膜层相对设置的两个表面之间形成摩擦界面；

在所述第一薄膜层中，所述第一电极的部分结构嵌入至所述第一聚合物薄膜中；

其中，所述第一电极包含第一外电极层和至少一层第一内电极分层；所述第一外电极层位于所述第一聚合物薄膜表面，作为摩擦发电机的输出电极；所述至少一层第一内电极分层位于所述第一聚合物薄膜内部；所述至少一层第一内电极分层平行于所述第一外电极层；所述第一外电极层与所述至少一层第一内电极分层电性连接。

2.根据权利要求1所述的具有嵌入式电极结构的摩擦发电机，其特征在于，所述第二薄膜层至少包含第二电极；所述第一电极和所述第二电极为所述摩擦发电机的输出电极。

3.根据权利要求2所述的具有嵌入式电极结构的摩擦发电机，其特征在于，所述第二薄膜层还包含第二聚合物薄膜，所述第二聚合物薄膜设置在所述第二电极与所述第一薄膜层相对的一侧表面上。

4.根据权利要求3所述的具有嵌入式电极结构的摩擦发电机，其特征在于，在所述第二薄膜层中，所述第二电极的部分结构嵌入至所述第二聚合物薄膜中。

5.根据权利要求4所述的具有嵌入式电极结构的摩擦发电机，其特征在于，所述第二电极包含第二外电极层和至少一层第二内电极分层；

所述第二外电极层位于所述第二聚合物薄膜表面，作为摩擦发电机的输出电极；

所述至少一层第二内电极分层位于所述第二聚合物薄膜内部；

所述第二外电极层与所述至少一层第二内电极分层电性连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的具有嵌入式电极结构的摩擦发电机，其特征在于，还包括：居间层；所述居间层设置在所述第一薄膜层和所述第二薄膜层之间。