CN105375810A - 一种电极内置式摩擦发电机 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种结构简单、稳定性高、使用寿命长的电极内置式摩擦发电机，所述发电机包括外部绝缘体、内置电极层和地电极，所述外部绝缘体包括具有一开口的长方体腔室和微结构，所述微结构设置在所述长方体腔室外表面的至少一个面上，所述内置电极层与所述长方体腔室的内表面固定连接，所述地电极连接所述内置电极层位于开口一端的端侧，本发明通过人体皮肤和外部绝缘体之间的接触和分离，来产生周期性的电势差以进行发电，方便实用；摩擦发电机的电极内置的设计，可以大幅提高电极的稳定性，从而提高摩擦发电机的稳定性、延长其使用寿命；本发明体积小，相比现有技术更加节省材料，节约成本。

Description

一种电极内置式摩擦发电机

技术领域

本发明属于摩擦发电机领域，具体涉及一种电极内置式摩擦发电机。

背景技术

摩擦起电是自然界中最常见的现象之一，但是由于摩擦电很难被收集和利用，因此往往容易被人们所忽视。2012年，美国佐治亚理工学院教授王中林领导的研究小组发明了一种透明柔性的摩擦发电机，借助柔性高分子聚合物材料成功将摩擦转换成了可供使用的电力。摩擦发电机依靠摩擦起电效应和静电感应效应，通过两层聚合物薄膜之间产生的摩擦电荷分离并形成电势差，经由外部电路形成电流，从而将机械能转换为电能。

现有技术存在的主要问题为：一般摩擦发电机的电极为金属薄膜，通常采用蒸镀或粘贴的方式固定在聚合物的表面上。工作一段时间后，裸露的电极易受磨损和损坏，这样会影响发电机的稳定性，缩短其使用寿命。因此，提高电极的稳定性，对于提高发电机的稳定性和使用寿命尤为重要。

发明内容

为了解决上述现有技术中摩擦发电机的电极稳定性差的问题，本发明提出一种结构简单、稳定性高、使用寿命长的电极内置式摩擦发电机，所述发电机包括外部绝缘体、内置电极层和地电极；

进一步地，所述外部绝缘体包括具有一开口的长方体腔室和微结构，所述微结构设置在所述长方体腔室外表面的至少一个面上，所述内置电极层与所述长方体腔室的内表面固定连接，所述地电极连接所述内置电极层位于开口一端的端侧；

进一步地，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，所述微结构通过化学刻蚀法、等离子刻蚀法或者模板法设置在所述长方体腔室外表面的至少一个面上；

进一步地，所述内置电极层由具有导电性的材料制成；

进一步地，所述具有导电性的材料包括铟锡氧化物、银纳米线膜、导电碳纤维、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；

进一步地，所述内置电极层的厚度为1μm-20μm时最佳；

进一步地，所述外部绝缘体由对电子束缚能力较弱的材料制成；

进一步地，所述对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、聚对苯二甲酸二烯丙酯、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；

进一步地，所述长方体腔室的高度为50μm-500μm时最佳；

本发明的有益效果如下：

1）通过人体皮肤和外部绝缘体之间的接触和分离，来产生周期性的电势差以进行发电，方便实用；

2）摩擦发电机的电极内置的设计，可以大幅提高电极的稳定性，从而提高摩擦发电机的稳定性、延长其使用寿命；

3）体积小，相比现有技术更加节省材料，节约成本。

附图说明

图1本发明电极内置式摩擦发电机的立体结构示意图；

图2为本发明电极内置式摩擦发电机的截面结构示意图；

图3为本发明电极内置式摩擦发电机的俯视图；

图4为本发明的外部绝缘体的表面结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。下面为本发明的举出最佳实施例：

图1是本发明电极内置式摩擦发电机的立体结构示意图，图2是本发明电极内置式摩擦发电机的截面结构示意图，图3本发明电极内置式摩擦发电机的俯视图。下面结合图1-图3，详细说明本发明电极内置式摩擦发电机的结构，所述发电机包括外部绝缘体1、内置电极层2和地电极3。

所述外部绝缘体1包括具有一开口11的长方体腔室12和微结构13，所述微结构13设置在所述长方体腔室12外表面的至少一个面上，所述微结构13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，所述微结构13通过化学刻蚀法、等离子刻蚀法或者模板法设置在所述长方体腔室12外表面的至少一个面，所述外部绝缘体1由对电子束缚能力较弱的材料制成，所述对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、聚对苯二甲酸二烯丙酯、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，所述长方体腔室12的高度为50μm-500μm时最佳。

所述内置电极层2与所述长方体腔室12的内表面固定连接，所述内置电极层2由具有导电性的材料制成，所述具有导电性的材料包括铟锡氧化物、银纳米线膜、导电碳纤维、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，所述内置电极层2的厚度为1μm-20μm时最佳。

所述地电极3连接所述内置电极层2位于开口11一端的端侧。

本发明提出的电极内置式摩擦发电机的工作原理如下：当人体皮肤接触外部绝缘体1后，外部绝缘体1表面产生摩擦电荷；在人体皮肤与外部绝缘体1发生接触和分离的过程中，外部绝缘层1与地电极3之间的电势差驱动电子在内置电极层2与地电极3之间流动，从而在外电路中有电信号输出。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种电极内置式摩擦发电机，其特征在于，所述发电机包括外部绝缘体、内置电极层和地电极；

其中，所述外部绝缘体包括具有一开口的长方体腔室和微结构，所述微结构设置在所述长方体腔室外表面的至少一个面上，所述内置电极层与所述长方体腔室的内表面固定连接，所述地电极连接所述内置电极层位于开口一端的端侧。

2.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，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，所述微结构通过化学刻蚀法、等离子刻蚀法或者模板法设置在所述长方体腔室外表面的至少一个面上。

3.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述内置电极层由具有导电性的材料制成。

4.根据权利要求3所述的发电机，其特征在于，所述具有导电性的材料包括铟锡氧化物、银纳米线膜、导电碳纤维、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。

5.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述内置电极层的厚度为1μm-20μm时最佳。

6.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述外部绝缘体由对电子束缚能力较弱的材料制成。

7.根据权利要求6所述的发电机，其特征在于，所述对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、聚对苯二甲酸二烯丙酯、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1所述的发电机，其特征在于，所述长方体腔室的高度为50μm-500μm时最佳。