CN105515437A - 摩擦发电机和应用该摩擦发电机发电的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摩擦发电机和应用该摩擦发电机发电的方法。该摩擦发电机可包括：上绝缘摩擦层和下绝缘摩擦层；多层电极体，包括多个电极层和位于相邻两个电极层之间的绝缘介质层，多层电极体能够在上绝缘摩擦层和下绝缘摩擦层之间进行往复运动；以及电能收集电路，该电能收集电路连通多层电极体中的两个所述电极层，以输出电信号，其中被连通的两个电极层相邻或者不相邻。该摩擦发电机可增加收集的电荷量，并且输出电压易于调控，还便于提供高频电信号和同相脉冲。

Description

摩擦发电机和应用该摩擦发电机发电的方法

技术领域

本发明涉及发电领域，具体地，涉及一种摩擦发电方法和一种应用该摩擦发电机发电的方法。

背景技术

目前全球都面临着常规能源短缺和环境保护的双重压力。各种新型发电形式的开发和应用，对缓解当前的能源压力起着重要作用。寻求减少环境破坏和自然资源消耗的新型发电形式，已成为可持续发展的必然要求。因此，开发和应用新型发电原理和设备，对环境保护和能源节约具有重大意义。

同时，微电子技术领域中便携式电子设备和微型自驱动系统的发展，要求发电机具有更高的发电效率和更小的质量及体积，也对传统的发电装置提出了新的挑战。

摩擦发电是近年来备受关注的一种新型的将机械能转化为电能的方式，基本原理是利用得失电子能力不同的两种材料之间的相互接触和/或摩擦使得接触表面间发生电荷转移。通过应用摩擦发电原理，能够将广泛存在于自然界的机械能(如海浪、风能、各种运动物体的动能、人体活动如步行、跑动、跳动等形式的能量)转变为电能。提供为便携设备等小型电子器件供电的摩擦发电机是目前的研究热点。其中，如何提高摩擦发电的发电效率以及如何使摩擦发电机的输出电压易于调控是关键技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种设备，该设备能够提供较高的发电效率并且使得输出电压易于控制。本发明还提供了一种应用该摩擦发电机发电的方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种摩擦发电机，该摩擦发电机可包括：上绝缘摩擦层和下绝缘摩擦层；多层电极体，包括多个电极层和位于相邻两个电极层之间的绝缘介质层，多层电极体能够在上绝缘摩擦层和下绝缘摩擦层之间进行往复运动；以及电能收集电路，该电能收集电路连通多层电极体中的两个所述电极层，以输出电信号，其中被连通的两个电极层相邻或者不相邻。

本发明还公开了应用如上所述摩擦发电机发电的方法，可包括：使上绝缘摩擦层和下绝缘摩擦层分别与多层电极体接触和/或摩擦，以使所述上绝缘摩擦层的下表面和所述下绝缘摩擦层的上表面具有极性相同的静电荷；使多层电极体在上绝缘摩擦层和下绝缘摩擦层之间往复运动；以及在往复运动过程中，用电能收集电路连通所述多层电极体中的两个电极层以输出电信号，被连通的两个所述电极层相邻或者不相邻。

上、下绝缘摩擦层经过与所述多层电极体的多次接触和/或摩擦后，表面可具有稳定的静电荷。当多层电极体接近上绝缘摩擦层而远离下绝缘摩擦层时，多层电极体的上表面的电势可低于其下表面的电势；当多层电极体接近下绝缘摩擦层而远离上绝缘摩擦层时，多层电极体的上表面的电势可高于其下表面的电势。随着多层电极体在上、下绝缘摩擦层间往复运动，电能收集电路可按照电势从高到低的顺序或者从低到高的顺序依次连通多层电极体中的电极层，以使诱导电荷逐层流动，从而输出电信号。

多层电极体中的部分或者全部电极层可具有相应的电极层金属触点，而电能收集电路可具有与电极层金属触点相匹配的收集端口，该收集端口可与电极层金属触点构成滑动开关，以在所述多层电极体往复运动过程中自动收集电信号。

可通过改变多层电极体中的绝缘介质层的厚度来改变输出的电信号的幅度。

可通过选择连通不同的电极层，来改变输出的电信号的幅度和相位。

应用上述技术方案，在该摩擦发电机的发电过程中，诱导电荷可在多层电极体中的多个电极层中逐层传递以增加收集的总电荷量，并且每当两个电极层连通时，即可输出一个脉冲信号，从而可在一个运动周期输出多个电信号，以便于提供高频脉冲信号。根据本发明，还可通过选择连通不同的电极层，以方便地改变输出信号的幅度和/或相位。本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的摩擦发电机的结构示意图；

图2(a)～(j)示出了图1所示的摩擦发电机的发电原理示意图；

图3是根据本发明的一个优选实施方式的摩擦发电机的结构示意图；

图4是根据本发明的一个优选实施方式的摩擦发电机的结构示意图；

图5是图4所示的摩擦发电机的输出电压曲线和输出电流曲线；

图6是图4所示的摩擦发电机的瞬时输出电压和负载电阻之间的关系，以及其瞬时输出电流和负载电阻之间的关系；

图7是图4所示的摩擦发电机的瞬时输出功率和负载电阻之间的关系；

图8是图4所示的摩擦发电机的输出峰宽度和负载电阻之间的关系，以及所允许的最大输出频率和负载电阻之间的关系；以及

图9示出了应用根据本发明的摩擦发电机发电的流程图。

附图标记说明

102上绝缘摩擦层202下绝缘摩擦层

301～305电极层401～404绝缘介质层

500电能收集电路501～502收集端口

510负载601～603金属触点

700支架

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、横向、厚度”指附图中的方向，“电势差”指电势差的绝对值。

图1根据本发明的摩擦发电机的结构示意图。该摩擦发电机包括上绝缘摩擦层102、下绝缘摩擦层202、多层电极体和电能收集电路。多层电极体包括电极层301、302、303、304、305和绝缘介质层401、402、403、404。多层电极体能够在两个绝缘摩擦层102和202之间往复运动。电能收集电路包括负载510和一组收集端口501和502，收集端口501和502的一端分别电连接至负载510，另外一端可分别通过开关与电极层301、302、303、304、305中的每一者连接。图1仅用于示例的目的，不用于限制多层电极体的层数、收集端口的数量和开关的类型、数量等特征。

根据本发明，构成绝缘摩擦层102的材料和构成电极层301的材料应该位于摩擦电势序列中的不同位置，以使得在二者接触和/或摩擦时，其接触面的表面可产生摩擦电荷。同理，构成绝缘摩擦层202的材料和构成电极层305的材料应该位于摩擦电势序列中的不同位置。

图2示出了图1所示的摩擦发电机的发电原理示意图。如图2(a)所示，上绝缘摩擦层102和下绝缘摩擦层202分别经过与电极层301和305的多次接触和/或摩擦，其表面可具有稳定的负电荷。图2(a)中，多层电极体位于两个绝缘摩擦层之间的平衡位置，其上下两端的电势差可为零。

如图2(b)所示，多层电极体可偏离平衡位置并且相对于该平衡位置向上运动。当多层电极体位于平衡位置上方时，电极层301的电势低于电极层305的电势，若此时连通多层电极体中的两个电极层，正电荷可从电势高的电极层流动到电势低的电极层。

优选地，可在选中的电极层间的电势差达到阈值时，依次连通被选中的电极层，以得到所需的输出电压。如图2(c)所示，可在电极层301与上绝缘摩擦层102接触时，即多层电极体两端具有最大电势差时，输出电信号。此时，电能收集电路500可依次连通电极层305和304(如图2(c)所示)、电极层304和303(如图2(d)所示)、电极层303和302(未示出)、电极层302和301(如图2(e)所示)。随着电极层被依次连通，诱导电荷可从电极层305流动到电极层304(如图2(c)所示)，从电极层304流动到电极层303(如图2(d)所示)，依次类推，逐层流动，直至流动到电极层301(如图2(e)所示)。

然后，多层电极体可回复平衡位置(如图2(f)所示)。

接下来，如图2(g)所示，多层电极体可偏离平衡位置并且相对于该平衡位置向下运动。当多层电极体位于平衡位置下方时，电极层305的电势低于电极层301的电势，若此时连通多层电极体中的两个电极层，正电荷可从电势高的电极层流动到电势低的电极层

优选地，可在选中的电极层间的电势差达到阈值时，依次连通被选中的电极层，以得到所需的输出电压。如图2(h)所示，当电极层305与下绝缘摩擦层202接触时，电能收集电路500可依次连通电极层301和302(如图2(h)所示)、电极层302和303(如图2(i)所示)、电极层303和304(未示出)、电极层304和305(如图2(j)所示)。随着电极层被依次连通，诱导电荷可从电极层301流动到电极层302(如图2(h)所示)，从电极层302流动到电极层303(如图2(i)所示)，依次类推，逐层流动，直至流动到电极层305(如图2(j)所示)。

然后，多层电极体回复平衡位置(如图2(a)所示)。上述一个完整的运动周期内，该摩擦发电机可输出8个脉冲信号。

图2(a)～(j)的示例中是按照电势从高到低的顺序依次连通多层电极体中的电极层，本领域技术人员可知，也可以按照电势从低到高的顺序依次连通两个电极层。

优选地，可通过改变相邻电极层之间的绝缘介质层的厚度来改变输出的电信号的幅度。

优选地，也可通过选择连通不同的电极层来改变输出电信号的幅度。通常摩擦发电机制成后，要调整其输出电压非常困难。而对于本发明所公开的摩擦发电机，通过选通不同的电极层，即可灵活地调整输出电压。以图2(a)～(j)中的多层电极体为例，在前半周期内，可依次连通电极层305和303、电极层303和301以输出具有更高电压的电信号；同时，在后半周期内，可相应地连通电极层301和303、电极层303和305，同样可输出具有更高电压的电信号并使诱导电荷回流。

在本发明的另一实施方式中，当上下绝缘摩擦层的表面获得稳定的电荷后，多层电极体在上下绝缘摩擦层间往复运动时可不与绝缘摩擦层接触，仍然可以在多层电极体两端具备一定电势差时连通两个电极层以输出电信号。此种情况下，优选地，可每隔预定时间使上下绝缘摩擦层分别与多层电极体的最上一层电极层和最下一层电极层接触和/或摩擦，以维持绝缘摩擦层表面的稳定的静电荷。

回到图1，优选地，可对绝缘摩擦层102的下表面和电极层301的上表面中的至少一者，和/或绝缘摩擦层202的下表面和电极层305的上表面中的至少一者进行物理改性，使得经处理的表面上具有纳微米结构(例如微米量级和亚微米量级(如纳米量级)的微结构)，以增大有效接触面积。该纳微米结构可以是纳米线、纳米管、纳米颗粒、纳米沟槽、微米沟槽、纳米锥、微米锥、纳米球或微米球状结构。

优选地，根据本发明，电极层301～305可由例如金属、合金、导电氧化物和有机导体中的一种或多种构成，常见的可用作电极材料的金属材料包括金、银、铂、铝、镍、铜、钛、铬、硒等，常见的可用作电极材料的合金包括上述金属的合金和不锈钢等。

优选地，根据本发明，绝缘摩擦层102、202和/或绝缘介质层401～404可由例如常规高分子聚合物材料的绝缘材料构成，常规高分子聚合物材料包括：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、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，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)或聚乙烯丙二酚碳酸盐，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯。

优选地，绝缘介质层还可由例如BaTiO3、PbTiO3的无机绝缘介质材料构成。

优选地，多层电极体中各个电极层和绝缘介质层的横向尺寸(即横向的长和宽)相同。该多层电极体的横向尺寸中的长和/或宽可为1cm(厘米)到100cm，优选为3cm到50cm，更优选为5cm到20cm。

优选地，多层电极体中的各个绝缘介质层的厚度可相等，使得每两个相邻电极层间的电势差相等，因此，发电机在一个运动周期中所产生的多个电学输出峰可具有相同的电压值，从而可以提供稳定的电输出。

多层电极体中每个绝缘介质层的厚度可为100nm(纳米)到1㎜(毫米)。

多层电极体中每个电极层的厚度可为10nm(纳米)到2μm，优选为20nm到1μm，更优选为100nm到300nm。

图3是根据本发明的一个优选实施方式的摩擦发电机的结构示意图，该示例中多层电极体和电能收集电路间通过滑动开关电连接。

图3所示的摩擦发电机中的绝缘摩擦层102和202可在外力作用下同步运动，例如，绝缘摩擦层102和202可被固定在同一个连接体上，并随着该连接体同步向上或向下运动。可利用沙粒打磨的方法在Al箔上形成微米尺寸的凹凸结构，然后利用浓度为0.3M的草酸进行腐蚀，进一步形成具有纳米尺寸的孔洞的阳极氧化铝(AAO)模板。之后，将聚四氟乙烯(PTFE)的溶液浇筑在AAO模板上，再对其进行真空处理、高温聚合等工艺处理。然后利用双面胶带将表面具有纳微米结构的PTFE薄膜从AAO模板上剥离下来，并利用双面胶带将制备的PTFE薄膜粘贴在连接体上，以作为绝缘摩擦层。

多层电极体位于绝缘摩擦层102和202之间。多层电极体可包括电极层301、302、303、304和305，相邻两个电极层间具有绝缘介质层。可采用与上述制作绝缘摩擦层的相似的方法制备PTFE薄膜作为多层电极体中的绝缘介质层，然后采用蒸镀工艺在绝缘介质层上形成金属电极层。可用双面胶带将多个具有金属电极的PTFE薄膜粘在一起构成多层电极体。需要注意的是，多层电极体的最上一层和最下一层必须为电极层。多层电极体的侧面被固定在支架700上，并可随着支架700中的弹性连接件上下运动，该弹性连接件可以是用于支撑多层电极体以使多层电极体往复运动的两根弹簧。支架700中除弹簧外的框架部分可由有机玻璃PMMA加工制成(例如，激光切割)，也可由上述列出的高分子聚合物材料等其他绝缘材料构成。

金属触点601、602和603分别固定在相应的电极层301、303和305上，并且金属触点601和602之间的间距和金属触点602和603之间的间距相同(即，601、602和603等间距排布)。相邻两个金属触点之间的距离可为1mm～5cm，优选为3mm～2cm，更优选为5mm～10mm。电能收集电路包括负载510和两组收集端口，每一组收集端口中的两个收集端口501和502的第一端分别电连接至负载510的两端，在不输出电信号时，收集端口501和502的第二端可悬空。收集端口501和502可为金属触点，并且每一组收集端口中的两个金属触点501和502的间距和多层电极体的两个相邻金属触点的间距相匹配(例如，间距相同)。当弹性连接件处于自然状态(即多层电极体不受绝缘摩擦层所施加的力时的受力平衡状态)时，一组收集端口位于金属触点601～603的上方，并且端口501位于端口502上方，另一组收集端口位于金属触点601～603的下方，并且端口501位于端口502下方。两组收集端口中的收集端口501的第一端都连接至负载510的同一端。

金属触点501、502、601～603可由例如金属和合金的导体材料构成。

本实施方式中，多层电极体中各个电极层和绝缘介质层的构成材料、横向尺寸和厚度可参照图3所示的实施方式。弹性连接件所包括的两根弹簧的拉伸范围可为1厘米到20厘米，优选为2cm到10cm，更优选为4cm到8cm。根据工作原理，要求每根弹簧的拉伸范围大于多层电极体的3个金属触点之间的总长度。

图3所示的摩擦发电机的运动方式为：绝缘摩擦层102和202受外力作用向下运动，以使绝缘摩擦层102与多层电极体的上表面接触，并带动多层电极体一起向下运动。向下运动过程中，下方的金属触点501和502依次与金属触点603和602、602和601两两接触。当下方的金属触点501和502分别与金属触点602和601接触后，绝缘摩擦层102和202可改变运动方向，转为向上运动，直至弹性连接件恢复自然状态。此后，绝缘摩擦层102和202继续向上运动，以使绝缘摩擦层103与多层电极体的下表面接触，并带动多层电极体一起向上运动。接下来，上方的金属触点501和502依次与金属触点601和602、602和603两两接触。当上方的金属触点501和502分别与金属触点602和603接触后，绝缘摩擦层102和202可再次改变运动方向，改为向下运动。上述一个完整的运动周期内，绝缘摩擦层102和202在向上运动时和向下运动时各能输出两个脉冲信号，并且施加至负载510的4个脉冲信号相位相同。因此，该摩擦发电机的输出电信号可不经过全波整流桥而直接应用于电化学领域，也可以为例如电容器和锂离子电池的储能元件充电，而储存的电能能够用来为便携式小型电子设备提供电力。

图4示出了根据本发明的一个优选实施方式的摩擦发电机的结构示意图。该摩擦发电机的结构和图3所示的摩擦发电机的结构基本相同，但其中的多层电极体具有10个电极层，并且每个电极层都被配置有用于与电能收集电路连接的金属触点。

图5是如图4所示的摩擦发电机的输出电压曲线和输出电流曲线。测试时选用的负载电阻为4MΩ(兆欧姆)。当多层电极体受外力作用向下运动时，电能收集电路下方的收集端口依次连通相邻两个电极层以输出电信号，如图所示该过程可得到9个正向脉冲输出峰；当多层电极体受外力作用向上运动时，电能收集电路上方的收集端口依次连通相邻两个电极层以输出电信号，如图所示该过程同样可得到9个正向脉冲输出峰。如图所示，其中峰高大约10V(伏)(可高达14V)左右。对于对应于图5的摩擦发电机，如果其他一切条件都不变，仅改变多层电极体的电极层的金属触点配置，可得到更高的输出电压。例如，如果以间隔一层电极层的形式给电极层配置金属触点，即相邻两个金属触点对应的两个金属层之间间隔一个电极层和两个绝缘介质层，则其输出电压大约在28V左右；如果以间隔两层的形式给电极层配置金属触点，即相邻两个金属触点对应的两个金属层之间间隔两个电极层和三个绝缘介质层，则其输出电压大约在39V左右。通过改变选择连通的电极层，可以有效调控输出电压的大小，被选通的两个电极层间隔越大，其输出电压也越大。

图6是如图4所示的摩擦发电机的瞬时电压和负载电阻的关系，以及其瞬时电流和负载电阻的关系。如图所示，当负载变化时，瞬时电压基本不变，瞬时电流与负载成反比。

图7是如图4所示的摩擦发电机输出的瞬时功率和负载电阻之间的关系。如图所示，瞬时功率随负载的降低而增大，瞬时功率呈现出与负载成反比的特性。

图8是如图4所示的摩擦发电机的输出峰宽度和负载电阻的关系，以及所允许的最大输出频率和负载之间的关系。如图所示，该摩擦发电机的输出峰宽度随负载电阻增大而增大，与负载电阻成正比；所允许的最大输出频率随负载的增大而降低，与负载电阻成反比。

图9示出了应用如上所示的摩擦发电机发电的流程图。

步骤S11中，使上绝缘摩擦层的下表面和下绝缘摩擦层的上表面产生极性相同的静电荷。可通过将上绝缘摩擦层的下表面与多层电极体的上表面接触和/或摩擦，以及将所述下绝缘摩擦层的上表面与多层电极体的下表面接触和/或摩擦，使上绝缘摩擦层的下表面和下绝缘摩擦层的上表面产生静电荷。多层电极体可包括多个电极层和位于相邻两个电极层之间的绝缘介质层，根据该结构多层电极体的最上一层和最下一层均为电极层。由于构成电极层的导体材料与构成绝缘摩擦层的绝缘材料相比更容易失去电子，所以经过接触和/或摩擦后两个绝缘摩擦层的表面可带负电荷。

步骤S12中，使多层电极体在上、下绝缘摩擦层之间往复运动。上、下绝缘摩擦层之间分布着由其表面的静电荷形成的电场。特别注意的是，如无相反说明，本文中的往复运动是指多层电极体相对于两个绝缘摩擦层之间的电场的往复运动，即无论何种形式的运动和/或相对运动，只要满足在一个运动周期中的一段时间内使多层电极体位于两个绝缘摩擦层间的某些位置以使得多层电极体的上表面电势高于下表面电势，而在同一个运动周期中的另一段时间内使多层电极体位于两个绝缘摩擦层间的某些位置以使得多层电极体的上表面电势低于下表面电势，则该运动和/或相对运动都可被认为属于本文中所述往复运动。具体地，该往复运动可以是上绝缘摩擦层、下绝缘摩擦层和多层电极体三者中的任意一者或者多者相对于大地运动。例如，可使上绝缘摩擦层和下绝缘摩擦层相对于多层电极体同步向上或向下运动。

步骤S13中，收集电信号。随着多层电极体的往复运动，当多层电极体两端产生电势差时，可通过电能收集电路连通多层电极体中的两个电极层，使诱导电荷从其中一个电极层流动到另一个电极层，以输出电信号。如果多层电极体中的电极层多于两层，可按照电势从高到低或者从低到高的顺序依次连通多层电极体中的电极层，以使诱导电荷逐层流动。同时被连通的两个电极层可以是相邻或不相邻的电极层。优选地，可在多层电极体运动到一定区域(即其两端的电势差达到一定值)时，连通电极层以收集电信号。通过增加多层电极结构中的电极层数，可提高收集的总电荷的数量，并且可在一个运动周期内获得更多脉冲信号以提高发电效率并便于提供高频脉冲信号。通过改变相邻两个电极层间的绝缘介质层的厚度，可改变输出电压。通过选择连通不同的电极层，可改变输出信号电压。通过改变两个电极层与电能收集电路中的负载的两端的电连接关系，可改变施加至负载的脉冲相位。

在本发明的一个实施方式中，多层电极体的往复运动包括：两个绝缘摩擦层同步向下运动至上绝缘摩擦层与多层电极体的上表面接触，并带动所述多层电极体一起向下运动；两个绝缘摩擦层同步向上运动至下绝缘摩擦层与多层电极体的下表面接触，并带动所述多层电极体一起向上运动。而电能收集电路在多层电极体分别和两个绝缘摩擦层接触的时候收集电信号，以获得较大的输出电压。

在本发明的另一个实施方式中，在两个绝缘摩擦层分别与所述多层电极体接触和/或摩擦以获得表面静电荷后，多层电极体可在两个绝缘摩擦层之间往复运动，并且该运动过程中多层电极体可不与绝缘摩擦层接触和/或摩擦。在这种情况下，优选地，可每隔一段时间，使上、下两个绝缘摩擦层与多层电极体的上、下表面接触和/或摩擦，以使绝缘摩擦层的表面具有稳定的静电荷。

以上所述，仅是本发明的较佳实施示例而已，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示例。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示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 (28)

1.一种摩擦发电机，该摩擦发电机包括：

上绝缘摩擦层和下绝缘摩擦层；

多层电极体，包括多个电极层和位于相邻两个电极层之间的绝缘介质层，所述多层电极体能够在所述上绝缘摩擦层和所述下绝缘摩擦层之间进行往复运动；以及

电能收集电路，所述电能收集电路连通所述多层电极体中的两个所述电极层，以输出电信号，其中被连通的两个所述电极层相邻或者不相邻。

2.根据权利要求1所述的摩擦发电机，其中，随着所述多层电极体的往复运动，所述电能收集电路按照电势从高到低的顺序或者从低到高的顺序依次连通所述多层电极体中的部分或者全部电极层。

3.根据权利要求1所述的摩擦发电机，其中，所述多层电极体的往复运动包括：

所述上绝缘摩擦层向下运动至与所述多层电极体的上表面接触，并带动所述多层电极体一起向下运动；

所述下绝缘摩擦层向上运动至与所述多层电极体的下表面接触，并带动所述多层电极体一起向上运动；以及

在所述上绝缘摩擦层带动所述多层电极体一起向下运动的过程中，和所述下绝缘摩擦层带动所述多层电极体一起向上运动的过程中，所述电能收集电路连通所述多层电极体中的两个所述电极层。

4.根据权利要求1或3所述的摩擦发电机，其中，所述上绝缘摩擦层和所述下绝缘摩擦层相对于所述多层电极体同步向上或向下运动。

5.根据权利要求1～3中任意一项权利要求所述的摩擦发电机，其中所述电能收集电路包括负载和至少一组收集端口，其中一组收集端口包括两个收集端口，该两个收集端口的第一端分别电连接至所述负载的两端，该两个收集端口的第二端分别电连接至所述多层电极体中的两个电极层。

6.根据权利要求5所述的摩擦发电机，其中每一个所述收集端口的第二端通过开关电连接至所述多层电极体中的电极层。

7.根据权利要求6所述的摩擦发电机，所述开关包括：

电极层金属触点，每一个所述电极层金属触点电连接至所述多层电极体中相应的电极层，任意两个相邻所述电极层金属触点之间的间距相同；

所述电能收集电路包括第一组收集端口和第二组收集端口，其中每个所述收集端口为一个金属触点，每一组收集端口中的两个所述收集端口的间距与两个相邻所述电极层金属触点之间的间距相匹配；以及

所述多层电极体向下运动的过程中，所述第一组收集端口中的两个所述收集端口的第二端依次电连接至两个所述电极层；所述多层电极体向上运动的过程中，所述第二组收集端口中的两个所述收集端口的第二端依次电连接至两个所述电极层。

8.根据权利要求7所述的摩擦发电机，其中相邻所述电极层金属触点之间的距离在1毫米～5厘米之间。

9.根据权利要求7或8所述的摩擦发电机，其中所述电极层金属触点和/或所述收集端口中的所述金属触点由金属或合金构成。

10.根据权利要求1、2、3、6、7和8中任意一项权利要求所述的摩擦发电机，其中每当所述电能收集电路连通所述两个所述电极层时，被连通的所述两个所述电极层中具有较高电势的所述电极层始终电连接至所述负载的同一端。

11.根据权利要求1、2、3、6、7和8中任意一项权利要求所述的摩擦发电机，其中所述上绝缘摩擦层的下表面和所述多层电极体的上表面中的至少一者具有纳微米结构，和/或所述下绝缘摩擦层的上表面和所述多层电极体的下表面中的至少一者具有纳微米结构。

12.根据权利要求11所述的摩擦发电机，其中所述纳微米结构选自：纳米线、纳米管、纳米颗粒、纳米沟槽、微米沟槽、纳米锥、微米锥、纳米球和微米球状结构。

13.根据权利要求1、2、3、6、7和8中任意一项权利要求所述的摩擦发电机，其中所述多层电极体中的每一个所述电极层的厚度范围是20纳米～1微米。

14.根据权利要求13所述的摩擦发电机，其中所述多层电极体中的每一个所述电极层的厚度范围是100纳米～300纳米。

15.根据权利要求1、2、3、6、7和8中任意一项权利要求所述的摩擦发电机，其中所述多层电极体中的每一个所述绝缘介质层的厚度范围是100纳米～1毫米。

16.根据权利要求1、2、3、6、7和8中任意一项权利要求所述的摩擦发电机，其中所述多层电极体中的所有所述电极层和所有所述绝缘介质层的横向尺寸彼此相同。

17.根据权利要求1、2、3、6、7和8中任意一项权利要求所述的摩擦发电机，其中所述多层电极体中的每一个所述绝缘介质层的厚度相同，和/或所述多层电极体中的每一个所述电极层的厚度相同。

18.根据权利要求1、2、3、6、7和8中任意一项权利要求所述的摩擦发电机，还包括支架，所述支架包括用于支撑所述多层电极体的弹性连接件。

19.根据权利要求1、2、3、6、7和8中任意一项权利要求所述的摩擦发电机，其中，所述上绝缘摩擦层、所述下绝缘摩擦层和/或所述多层电极体中的所述绝缘介质层选自下列材料中的一者或多者：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、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，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)或聚乙烯丙二酚碳酸盐，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯。

20.根据权利要求1、2、3、6、7和8中任意一项权利要求所述的摩擦发电机，其中，所述多层电极体中的所述绝缘介质层由BaTiO3或者PbTiO3构成。

21.根据权利要求1、2、3、6、7和8中任意一项权利要求所述的摩擦发电机，其中，所述多层电极体中的所述电极层由金属、合金、导电氧化物和有机导体中的一种或多种构成。

22.一种应用权利要求1～21任意一项所述摩擦发电机发电的方法，包括：

使所述上绝缘摩擦层和所述下绝缘摩擦层分别与所述多层电极体接触和/或摩擦，以使所述上绝缘摩擦层的下表面和所述下绝缘摩擦层的上表面具有极性相同的静电荷；

使所述多层电极体在所述上绝缘摩擦层和所述下绝缘摩擦层之间往复运动；以及

在所述往复运动过程中，用所述电能收集电路连通所述多层电极体中的两个所述电极层以输出电信号，被连通的两个所述电极层相邻或者不相邻。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，用所述电能收集电路连通所述多层电极体中的两个所述电极层包括：随着所述多层电极体的往复运动，所述电能收集电路按照电势从高到低或者从低到高的顺序依次连通所述多层电极体中的部分或者全部所述电极层。

24.根据权利要求22所述的方法，其中，所述多层电极体的所述往复运动包括：

所述上绝缘摩擦层向下运动至与所述多层电极体的上表面接触，并带动所述多层电极体一起向下运动；

所述下绝缘摩擦层向上运动至与所述多层电极体的下表面接触，并带动所述多层电极体一起向上运动；以及

在所述上绝缘摩擦层带动所述多层电极体一起向下运动的过程中，和所述下绝缘摩擦层带动所述多层电极体一起向上运动的过程中，所述电能收集电路连通所述多层电极体中的两个所述电极层。

25.根据权利要求20或22所述的方法，其中，所述往复运动过程中，所述上绝缘摩擦层和所述下绝缘摩擦层相对于所述多层电极体同步向上或向下运动。

26.根据权利要求22所述的方法，还包括：

每隔预定时间，使所述上绝缘摩擦层和所述下绝缘摩擦层分别与所述多层电极体接触和/或摩擦，以维持所述上绝缘摩擦层的下表面和所述下绝缘摩擦层的上表面上的静电荷。

27.根据权利要求22所述的方法，还包括：通过改变所述多层电极体中的所述绝缘介质层中的一者或者多者的厚度以改变输出的电信号的幅度。

28.根据权利要求22所述的方法，还包括：通过使所述电能收集电路选择连通不同的所述两个所述电极层以改变输出的电信号。