CN106026760B - 一种风能摩擦纳米发电机 - Google Patents

Abstract

一种风能摩擦纳米发电机，包括至少一个发电装置，每一个发电装置中，顶部摩擦发电组件和底部摩擦发电组件相对设置、且顶部摩擦发电组件和底部摩擦发电组件之间形成通风通道；抖动模块安装于通风通道内，当风通过通风通道时驱动抖动模块抖动，以使抖动模块与顶部摩擦发电组件以及底部摩擦发电组件之间产生摩擦起电和静电感应耦合效应。每一个周期性接触‑分离式的风能摩擦纳米发电机单元能够收集风力环境中的机械能并转换成有用的电能。利用外围电路和整流桥将风能摩擦纳米发电机阵列并联，能够增加发电装置的输出电流。在外接负载的阻抗匹配的条件下，优化发电装置阵列的输出功率，提高其工作的持久性和稳定性。

Description

一种风能摩擦纳米发电机

技术领域

本发明涉及一种风能摩擦纳米发电机，属于纳米发电技术领域。

背景技术

摩擦纳米发电机(TENG)是美国佐治亚理工学院的Z.L.Wang研究组在2012年研制出的一种新型纳米发电机。TENG是一种利用摩擦起电和静电感应耦合效应将机械能转换成电能的装置，其工作方式与现有技术中已知的各种发电技术不同。

风能不仅作为一种大自然和日常生活中最常见、来源最丰富、可靠性好、成本低廉、不需要燃料且环境友好的可再生性能源，也是一种用于驱动摩擦纳米发电机的重要能源。然而，在实现本发明的过程中，申请人发现目前尚未出现一种利用刚性镂空抖动模块与摩擦层之间周期性接触-分离而输出电信号的风能摩擦纳米发电机。

因此，如何提供一种风能摩擦纳米发电机是本领域技术人员亟需解决的技术问题之一。

发明内容

本发明提供了一种风能摩擦纳米发电机，该风能摩擦纳米发电机能够利用风能驱动抖动模块来收集能量并转换成有用的电能，进而能够对日常环境中的风能进行收集并有效利用。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种风能摩擦纳米发电机，包括至少一个发电装置，其中，每一个所述发电装置包括顶部摩擦发电组件、底部摩擦发电组件、抖动模块，且：

所述顶部摩擦发电组件和底部摩擦发电组件相对设置、且顶部摩擦发电组件和底部摩擦发电组件之间形成通风通道；

所述抖动模块具有刚性镂空板状结构，且所述抖动模块与所述顶部摩擦发电组件之间通过弹性件连接，所述抖动模块与所述底部摩擦发电组件之间通过弹性件连接。

所述抖动模块安装于所述通风通道内，当风通过所述通风通道时驱动所述抖动模块抖动，以使所述抖动模块与所述顶部摩擦发电组件以及底部摩擦发电组件之间产生摩擦起电和静电感应耦合效应。

上述风能摩擦纳米发电机中，每一个发电装置中，当风通过通风通道时，抖动模块在风力吹动下发生抖动，抖动模块在抖动时与顶部摩擦发电组件以及底部摩擦发电组件之间产生摩擦，发生周期性接触-分离式运动，从而使抖动模块与顶部摩擦发电组件以及底部摩擦发电组件之间产生摩擦以及静电感应耦合效应，进而收集风能并将其转换成有用的电能。

因此，上述风能摩擦纳米发电机发电时其抖动模块通过风能进行驱动，能够利用风能进行摩擦发电。

优选地，所述抖动模块包括第一电极部、第一连接部和第二电极部，其中，沿所述顶部摩擦发电组件朝向底部摩擦发电组件的方向，所述第一电极部位于所述第一连接部朝向所述顶部摩擦发电组件的一侧，所述第二电极部位于所述第一连接部朝向所述底部摩擦发电组件的一侧，且所述第一连接部设有多个贯穿其厚度方向的用于风通过的镂空孔；

当所述抖动模块抖动时，所述第一电极部用于与顶部摩擦发电组件摩擦配合，所述第二电极部用于与底部摩擦发电组件摩擦配合。

优选地，沿所述通风通道的延伸方向，所述第一电极部位于所述第一连接部的一侧，且所述第二电极部位于所述第一连接部的另一侧，所述第一电极部与所述第一连接部连接的部位与所述顶部摩擦发电组件之间设有所述弹性件，且所述第二电极部与所述第一连接部连接的部位与所述底部摩擦发电组件之间设有所述弹性件。

优选地，所述抖动模块包括依次连接的第三电极部、第二连接部、第四电极部、第三连接部、第五电极部以形成“几”字形结构，其中，所述第二连接部和第三连接部相对设置、且均设有多个镂空孔，其中：

当所述抖动模块抖动时，所述第三电极部和第五电极部用于与底部摩擦发电组件摩擦配合，所述第四电极部用于与顶部摩擦发电组件摩擦配合。

优选地，所述第三电极部和第五电极部与所述底部摩擦发电组件之间设有所述弹性件，所述第四电极部与所述顶部摩擦发电组件之间设有所述弹性件。

优选地，所述第三连接部设有的镂空孔的总镂空面积与第四连接部设有的镂空孔的总镂空面积不同。由于抖动模块中的第三连接部设有的镂空孔的总镂空面积与第四连接部设有的镂空孔的总镂空面积不同，因此，进入通风通道的风在穿过第三连接部和第四连接部时受到的阻力不同，进而使风能够通过第三连接部和第四连接部的阻力差驱动抖动模块进行抖动。

优选地，所述第三连接部设有的镂空孔的数量与第四连接部设有的镂空孔的数量相同，且所述第三连接部上设置的镂空孔在所述第四连接部朝向所述第三连接部一侧表面上的投影与所述第四连接部设置的镂空孔之间不完全重叠。第三连接部上设置的镂空孔在第四连接部朝向第三连接部一侧表面上的投影与第四连接部设置的镂空孔之间不完全重叠，则进入通风通道内的风在穿过第三连接部和第四连接部时会对风产生阻挡，进而使风在穿过第三连接部和第四连接部时能够驱动抖动模块进行抖动。

优选地，所述弹性件为弹簧、弹片、海绵、或者弹性橡胶件。

优选地，每一个所述发电装置中：

所述顶部摩擦发电组件包括沿所述顶部摩擦发电组件朝向底部摩擦发电组件方向依次排列的基底、由导电材料制备的第一缓冲层、由导电材料制备的第一导电层；所述抖动模块包括由高分子聚合物材料形成的第一摩擦层；所述底部摩擦发电组件包括沿所述顶部摩擦发电组件朝向底部摩擦发电组件方向依次排列的由导电材料制备的第二导电层、由导电材料制备的第二缓冲层、基底；

或者，

所述顶部摩擦发电组件包括沿所述顶部摩擦发电组件朝向底部摩擦发电组件方向依次排列的基底、由导电材料制备的第三导电层、由导电材料制备的第三缓冲层、由高分子聚合物制备的第二摩擦层；所述抖动模块包括沿所述顶部摩擦发电组件朝向底部摩擦发电组件方向依次排列的由导电材料制备的第四导电层、由导电材料制备的第四缓冲层、由高分子聚合物制备的绝缘层、由导电材料制备的第五缓冲层、由导电材料制备的第五导电层；所述底部摩擦发电组件包括沿所述顶部摩擦发电组件朝向底部摩擦发电组件方向依次排列的第三摩擦层、由导电材料制备的第六缓冲层、由导电材料制备的第六导电层、基底；这样，第三导电层、第二摩擦层、第四导电层配合可以形成第一发电单元，第五导电层、第三摩擦层、第六导电层配合可以形成第二发电单元，即，每一个发电装置能够具有第一发电单元和第二发电单元两个发电单元，通过两个发电单元并联的方式，增大风能摩擦纳米发电机的输出电流，进而提高发电装置对风能收集并转换成电能的效率。

优选地，所述第一导电层、第二导电层、第三导电层、第四导电层、第五导电层以及第六导电层中，任意一层的厚度为5nm～1200nm；

所述第一缓冲层、第二缓冲层、第三缓冲层、第四缓冲层、第五缓冲层以及第六缓冲层中，任意一层的厚度为10nm～100nm。

优选地，所述第二摩擦层和/或第三摩擦层的厚度为1μm～200μm。

优选地，所述导电材料为金属材料、铟锡氧化物、导电碳材料或者石墨烯电极材料。

优选地，所述导电碳材料为碳纳米管、碳纤维或者碳薄膜。

优选地，所述金属材料为铝、铜、金、银、钛、钌、钯或者铂。

优选地，所述第一导电层、第二导电层、第三导电层、第四导电层、第五导电层以及第六导电层中，任意一层的材料为铝材料；

所述第一缓冲层、第二缓冲层、第三缓冲层、第四缓冲层、第五缓冲层以及第六缓冲层中，任意一层的材料为钛。

优选地，所述高分子聚合物材料为聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚酯、苯胺甲醛树脂、聚甲醛、聚酰胺、三聚氰胺甲醛、纤维素、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、聚乙烯醇、聚异丁烯、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、液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚氯醚、聚三氟氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或派瑞林。

优选地，所述第一摩擦层的材料与所述第二摩擦层的材料相同，或者，所述第一摩擦层的材料与所述第二摩擦层的材料不同。

优选地，所述基底为亚克力板材料制备的基底。

优选地，所述发电装置为多个，且多个所述发电装置通过连接整流桥和外围电路进行并联连接。

上述风能摩擦纳米发电机中，将多个发电装置通过整流桥和外围电路进行并联之后，能够增大风能摩擦纳米发电机的输出电流，在外接负载的阻抗匹配的条件下，风能摩擦纳米发电机的输出功率能够达到最大值，进而使风能摩擦纳米发电机具有广泛的用途和良好的应用前景。

优选地，多个所述发电装置呈阵列式分布。

附图说明

图1为本发明一种实施例提供的风能摩擦纳米发电机中发电装置的结构示意图；

图2为本发明另一种实施例提供的风能摩擦纳米发电机中发电装置的结构示意图；

图3为本发明另一种实施例提供的风能摩擦纳米发电机中发电装置中的结构示意图；

图4为本发明另一种实施例提供的风能摩擦纳米发电机中发电装置中的结构示意图；

图1-4中:1.顶部摩擦发电组件、2.抖动模块、3.底部摩擦发电组件、201.第一电极部、202.第一连接部、203.第二电极部，2021.镂空孔、41.弹性件、204.第三电极部、205.第二连接部、206.第四电极部、207.第三连接部、208.第五电极部、2051.第二连接部的镂空孔、2071.第三连接部的镂空孔；

图5为本发明一种实施例提供的风能摩擦纳米发电机中发电装置的剖面结构示意图；

图中:11.基底一、15.第一缓冲层、16.第一导电层、26.第一摩擦层、35.第二缓冲层、36.第二导电层、31.基底二；

图6为本发明另一种实施例提供的风能摩擦纳米发电机中发电装置的剖面结构示意图；

图中:11.基底一、12.第三导电层、13.第三缓冲层、14.第二摩擦层、21.第四导电层、22.第四缓冲层、23.柔性绝缘层、24.第五缓冲层、25.第五导电层、31.基底二、32.第六导电层、33.第六缓冲层、34.第三摩擦层、A1.第一发电单元、A2.第二发电单元；

图7为四个发电单元A1、A2、A3和A4并联时的等效电路图，其中测试电表一可以是电压表、电流表或者示波器；

图中:A1、A2、A3和A4为发电单元，C是等效电容。

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。

本发明实施例提供了一种风能摩擦纳米发电机，如图1、图2以及图3所示，风能摩擦纳米发电机包括至少一个发电装置，其中，每一个发电装置包括顶部摩擦发电组件1、底部摩擦发电组件3、抖动模块2，且：

顶部摩擦发电组件1和底部摩擦发电组件3平行设置、且顶部摩擦发电组件1和底部摩擦发电组件3之间形成通风通道B；

抖动模块2安装于通风通道B内，当风通过通风通道B时驱动抖动模块2抖动，以使抖动模块2与顶部摩擦发电组件1以及底部摩擦发电组件3之间产生摩擦起电和静电感应耦合效应。

上述风能摩擦纳米发电机中，每一个发电装置中，抖动模块2与顶部摩擦发电组件1以及底部摩擦发电组件3配合形成摩擦发电单元。当风通过通风通道B时，抖动模块2在风力吹动下发生抖动，抖动模块2在抖动时与顶部摩擦发电组件1以及底部摩擦发电组件3之间产生摩擦，发生周期性接触-分离式运动，从而使抖动模块2与顶部摩擦发电组件1以及底部摩擦发电组件3之间产生摩擦起电以及静电感应耦合效应，进而收集风能并将其转换为有用的电能。

因此，上述风能摩擦纳米发电机发电时其抖动模块2通过风能进行驱动，能够利用风能进行摩擦发电。

具体地，上述风能摩擦纳米发电机中，每一个发电装置中抖动模块2可以具有刚性镂空板状结构，如图1、图2以及图3所示，其中，抖动模块2与顶部摩擦发电组件1之间通过弹性件41连接，和/或，抖动模块2与底部摩擦发电组件3之间通过弹性件41连接。

弹性件41的设置能够使具有刚性镂空板状结构的抖动模块2可以使风通过通风通道B，同时，抖动模块2可以对通过通风通道B的风产生阻力，进而抖动模块2能够在风的驱动下相对于顶部摩擦发电组件1以及底部摩擦发电组件3抖动。

当抖动模块2具有刚性镂空板状结构时，其具体设置方式可以有多种方式，如：

一种实现方式中，如图1所示，上述抖动模块2可以包括第一电极部201、第一连接部202和第二电极部203，其中，沿顶部摩擦发电组件1朝向底部摩擦发电组件3的方向，第一电极部201位于第一连接部202朝向顶部摩擦发电组件1的一侧，第二电极部203位于第一连接部202朝向底部摩擦发电组件3的一侧，且第一连接部202设有多个贯穿其厚度方向的用于风通过的镂空孔2021；

当抖动模块2抖动时，第一电极部201用于与顶部摩擦发电组件1摩擦配合，第二电极部203用于与底部摩擦发电组件3摩擦配合。

优选地，沿通风通道B的延伸方向，第一电极部201位于第一连接部2020的一侧、且第二电极203部位于第一连接部202的另一侧，第一电极部201与第一连接部202连接的部位与顶部摩擦发电组件1之间设有弹性件41，且第二电极部203与第一连接部202连接的部位与底部摩擦发电组件3之间设有弹性件41。

当发电装置中的抖动模块2具有上述结构、且弹性件41按上述方式分布时，抖动模块2在通风通道B内风的驱动下相对于顶部摩擦发电组件1以及底部摩擦发电组件3的可抖动性较高。

另一种实现方式中，如图2和图3所示，抖动模块2包括依次连接的第三电极部204、第二连接部205、第四电极部206、第三连接部207、第五电极部208以形成“几”字形结构，其中，第二连接部205和第三连接部207相对设置、且均设有多个镂空孔，如图2中所示，第二连接部205设有多个镂空孔2051，第三连接部207设有多个镂空孔2071，其中：

如图2和图3所示，当抖动模块2抖动时，第三电极部204和第五电极部208用于与底部摩擦发电组件3摩擦配合，第四电极部206用于与顶部摩擦发电组件1摩擦配合；或者，

如图4所示，当抖动模块2抖动时，第三电极部204和第五电极部208用于与顶部摩擦发电组件1摩擦配合，第四电极部206用于与底部摩擦发电组件1摩擦配合。

在一种实施方式中，当第三电极部204和第五电极部208用于与底部摩擦发电组件3摩擦配合、且第四电极部206用于与顶部摩擦发电组件1摩擦配合时，上述结构的发电装置中，与第三电极部204和第五电极部208配合的底部摩擦发电组件3可以是分体式结构，如图2所示。这样，能够降低整个发电装置的重量；另外，与第三电极部204和第五电极部208配合的底部摩擦发电组件3还可以是一体式结构，如图3所示。这样，便于在发电装置中形成通风通道B。

优选地，如图2所示，第三电极部204和第五电极部208与底部摩擦发电组件3之间设有弹性件41，第四电极部206与顶部摩擦发电组件1之间设有弹性件41。

同理，在另一种实施方式中，当第三电极部204和第五电极部208用于与顶部摩擦发电组件1摩擦配合、且第四电极部206用于与底部摩擦发电组件3摩擦配合时，上述结构的发电装置中，与第三电极部204和第五电极部208配合的顶部摩擦发电组件3可以是分体式结构，如图4所示，这样，能够降低整个发电装置的重量；另外，与第三电极部204和第五电极部208配合的顶部摩擦发电组件1还可以是一体式结构，这样，便于在发电装置中形成通风通道B。

当然，为了提高风在通过通风通道B时对抖动模块2的驱动力，第三连接部205设有的镂空孔2051的总镂空面积与第四连接部207设有的镂空孔2071的总镂空面积不同。由于抖动模块2中的第三连接部205设有的镂空孔2051的总镂空面积与第四连接部207设有的镂空孔2071的总镂空面积不同，因此，进入通风通道B的风在穿过第三连接部205和第四连接部207时受到的阻力不同，进而使风能够通过第三连接部205和第四连接部207的阻力差驱动抖动模块2进行抖动。

一种具体实现方式中，可以是第三连接部205设有的镂空孔2051的数量多于第四连接部207设有的镂空孔2071的数量，但是，第三连接部205设有的每一个镂空孔2051的横截面积与第四连接部207设有的每一个镂空孔2071的横截面积相同。

另一种具体实现方式中，还可以是第三连接部205设有的镂空孔2051的数量与第四连接部207设有的镂空孔2071的相同，但是，第三连接部205设有的每一个镂空孔2051的横截面积大于第四连接部207设有的每一个镂空孔2071的横截面积。

当然，还可以通过使三连接部205设有的镂空孔2051与第四连接部207设有的镂空孔2071不对称的方式来提高风通过通风通道B时对抖动模块2的驱动力，即，第三连接部205设有的镂空孔2051的数量与第四连接部207设有的镂空孔2071的数量相同，且第三连接部205上设置的镂空孔2051在第四连接部207朝向第三连接部205一侧表面上的投影与第四连接部207设置的镂空孔2071之间不完全重叠。

第三连接部205上设置的镂空孔2051在第四连接部207朝向第三连接部205一侧表面上的投影与第四连接部207设置的镂空孔2071之间不完全重叠，则进入通风通道B内的风在穿过第三连接部205和第四连接部207时会对风产生阻挡，进而使风在穿过第三连接部205和第四连接部207时能够驱动抖动模块2进行抖动。

在上述各实施方式的基础上，上述提到的弹性件41可以为弹簧、弹片、海绵或者弹性橡胶件等。

具体地，上述各实施方式中提供的具有刚性镂空板状结构的抖动模块2在被风吹动的位移量需要满足弹性件41的胡克定律。弹性件41的设置位置也不是唯一的，弹性件41的设置位置、第一电极部21与顶部摩擦发电组件1之间的间距、第二电极部23与底部摩擦发电组件3之间的间距等也需要符合弹性件41的胡克定律。同时，下面所述的因素会对上述风能摩擦纳米发电机的输出电流、工作的持久性和稳定性产生重要的影响：

1、弹簧的弹力；

2、弹簧的长度、形变量和劲度系数；

3、弹簧的连接方式；

4、抖动模块的工作频率；

5、刚性镂空结构的重量(重量等于质量乘以重力加速度g，g＝9.8N/kg)；

6、连接部22设有的镂空孔221的面积以及各镂空孔221的分布方式；

7、进入到通风通道B内的气流速度。

同时，弹性件41的设置位置、第一电极部21与顶部摩擦发电组件1之间的间距、第二电极部23与底部摩擦发电组件3之间的间距等在设计时需要根据上述因素来确定。当根据上述因素确定的弹性件41的设置位置、第一电极部21与顶部摩擦发电组件1之间的间距、第二电极部23与底部摩擦发电组件3之间的间距等满足胡克定律时，能够增大上述风能摩擦纳米发电机的输出电流，并且提高其工作的持久性和稳定性。

同时，连接部22上设置的镂空孔221的数量、形状以及各镂空孔221的大小等不做限定，即，各镂空孔221的面积可以相同，也可以不同，只要能够满足发电装置中对抖动模块2的风能驱动即可。

上述风能摩擦纳米发电机中，发电装置的具体结构可以有多种，如：

方式一，

如图5所示，每一个发电装置中：

顶部摩擦发电组件1包括沿顶部摩擦发电组件1朝向底部摩擦发电组件3方向依次排列的基底一11、由导电材料制备的第一缓冲层15、由导电材料制备的第一导电层16；抖动模块2包括由高分子聚合物材料形成的第一摩擦层26；底部摩擦发电组件3包括沿顶部摩擦发电组件1朝向底部摩擦发电组件3方向依次排列的由导电材料制备的第二导电层36、由导电材料制备的第二缓冲层35、基底二31。这样，第一导电层16、第一摩擦层26、第二导电层36相互配合形成一个发电单元，进而能够收集风能并转换成有用的电能。

方式二，

如图6所示，每一个发电装置中：

顶部摩擦发电组件1包括沿顶部摩擦发电组件1朝向底部摩擦发电组件3方向依次排列的基底一11、由导电材料制备的第三导电层12、由导电材料制备的第三缓冲层13、由高分子聚合物制备的第二摩擦层14；抖动模块2包括沿顶部摩擦发电组件1朝向底部摩擦发电组件3方向依次排列的由导电材料制备的第四导电层21、由导电材料制备的第四缓冲层22、由高分子聚合物制备的柔性绝缘层23、由导电材料制备的第五缓冲层24、由导电材料制备的第五导电层25；底部摩擦发电组件3包括沿顶部摩擦发电组件1朝向底部摩擦发电组件3方向依次排列的第三摩擦层34、由导电材料制备的第六缓冲层33、由导电材料制备的第六导电层32、基底二31；这样，第三导电层12、第二摩擦层14、第四导电层21配合可以形成第一发电单元A1，第五导电层25、第三摩擦层34、第六导电层32配合可以形成第二发电单元A2，请参考图6，即每一个发电装置能够具有第一发电单元A1和第二发电单元A2两个发电单元，提高发电装置对风能的利用率。

当然，为了增大发电装置的输出电流，发电单元A1、A2、A3和A4可以进行并联联接，等效电路如图7中所示，其中，C是等效电容，测试电表一可以为电压表、电流表、示波器等电子测量仪器。

上述方式一和方式二中，方式一中的发电装置具有的第一导电层16以及第二导电层36中，任意一层的厚度为5nm～1200nm，如5nm、50nm、100nm、200nm、500nm、700nm、800nm、950nm、1000nm、1100nm、1200nm等；且，上述方式二中的发电装置具有的第三导电层12、第四导电层21、第五导电层25、第六导电层32中，任意一层的厚度为5nm～1200nm，如5nm、50nm、100nm、200nm、500nm、700nm、800nm、950nm、1000nm、1100nm、1200nm等；并且：

方式一中的发电装置具有的第一缓冲层15以及第二缓冲层35中，任意一层的厚度为10nm～100nm，如10nm、20nm、50nm、70nm、80nm、95nm、100nm等；且，上述方式二中的发电装置具有的第三缓冲层13、第四缓冲层22、第五缓冲层24、第六缓冲层33中，任意一层的厚度为10nm～100nm，如10nm、20nm、50nm、70nm、80nm、95nm、100nm等。

同时，上述方式二中的发电装置具有的第二摩擦层14的厚度为1μm～200μm，具体如1μm、5μm、20μm、50μm、80μm、100μm、120μm、160μm、180μm、195μm、200μm等，和/或，第三摩擦层34的厚度为1μm～200μm，具体如1μm、5μm、20μm、50μm、80μm、100μm、120μm、160μm、180μm、195μm、200μm等。

在上述方式一以及方式二的基础上，方式一和方式二中提到的导电材料可以为金属材料、铟锡氧化物材料、导电碳材料或者石墨烯电极材料，导电碳材料可以为碳膜、碳纤维、碳纳米管等。优选为金属材料。

上述金属材料可以为铝、铜、金、银、钛、钌、钯或者铂等。当然，由上述导电材料制备第一导电层12、第二导电层21、第三导电层25、第四导电层32、第五导电层16以及第六导电层36时，可以采用电子束蒸发、蒸镀、直流或射频磁控溅射的方法来制备。

当然，上述金属材料还可以为至少两种金属材料的合金，如下所述：

上述合金可以为钯银合金(Ag_xPd_1-x)，其中，x大于等于0且小于等于1；

上述合金还可以为铝青铜，其中，合金内的含铝量不超过11.5％。这样，合金可以具有较高的强度、良好的耐磨性和耐蚀性；

上述合金还可以为镁锡铜合金，其成分按百分重量计可以为：镁10％～50％；锡10％～40％；杂质总量不大于30％；余量为铜。

当然，上述合金还可以为其他金属材料的合金，只要能够满足发电装置的导电性即可，这里不再一一例举。

同时，采用上述金属材料来制备第一缓冲层13、第二缓冲层22、第三缓冲层24、第四缓冲层33、第五缓冲层15以及第六缓冲层35时，同样可以采用电子束蒸发、蒸镀、直流或射频磁控溅射的方法来制备。

具体地，第一导电层12、第二导电层21、第三导电层25、第四导电层32、第五导电层16以及第六导电层36中，任意一层的材料为铝材料；

第一缓冲层13、第二缓冲层22、第三缓冲层24、第四缓冲层33、第五缓冲层15以及第六缓冲层35中，任意一层的材料为钛。

更具体地，上述第一导电层12、第二导电层21、第三导电层25、第四导电层32、第五导电层16、第六导电层36、第一缓冲层13、第二缓冲层22、第三缓冲层24、第四缓冲层33、第五缓冲层15以及第六缓冲层35具体材料的选择原则包括下列因素：晶格类型、原子半径、比热容、热导率、热膨胀系数、杨氏模量、泊松比、电负性、电离能、电子亲和势、电导和功函数等。

当然，上述高分子聚合物材料的材料也可以由多种选择，诸如聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚酯、苯胺甲醛树脂、聚甲醛、聚酰胺、三聚氰胺甲醛、纤维素、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、聚乙烯醇、聚异丁烯、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、液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚氯醚、聚三氟氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或派瑞林。

限于篇幅的原因，这里并不能对所有的材料进行穷举，此处仅列出多种具体的聚合物材料供人们参考。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，因为在本发明的启示下，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。

在选择上述第一摩擦层14、第二摩擦层34、以及第三摩擦层26的具体制备材料时，可以根据摩擦电序列进行选择。本发明中所述的“摩擦电序列”是指根据材料对电荷的吸引程度将其进行排序，两种材料在相互接触的瞬间，在接触面上负电荷从摩擦电序列中极性较正的材料表面转移至摩擦电极序中极性较负的材料表面。例如，高分子材料聚四氟乙烯(Teflon)与金属材料铝薄膜接触时，铝薄膜带正电，即得电子能力较弱，高分子材料聚四氟乙烯带负电，即得电子能力较强。一般认为，这种电荷转移与材料的介电常数和材料表面的功函数相关，上述高分子材料的介电常数范围是2～18，通过电子或者荷电粒子在接触面上的转移或者静电感应而实现电荷转移。需要说明的是，摩擦电序列只是一种基于经验的统计结果，即两种材料在该序列中相差越远，接触后所产生电荷的正、负性和该序列相符合的几率就越大，而且实际的结果受到多种因素的影响，比如材料表面的化学修饰、原子或者小分子修饰、粗糙度、荷电性、环境湿度、环境温度以及是否有相对摩擦等。

具体地，上述方式一种提到的发电装置中，第一摩擦层14的材料可以与第二摩擦层34的材料相同，以使发电装置具有对称层级结构；当然，上述第一摩擦层14的材料还可以与第二摩擦层34的材料不同，这里不再限定。

优选地，基底一11以及基底25可以为亚克力板材料制备的基底。

进一步地，上述风能摩擦纳米发电机中的发电装置可以为多个，且多个发电装置通过连接整流桥和外围电路进行并联，其等效电路图如图7所示。

上述风能摩擦纳米发电机中，将多个发电装置通过整流桥和外围电路并联之后，能够增大风能摩擦纳米发电机的输出电流，在外接负载的阻抗匹配的条件下，风能摩擦纳米发电机的输出功率能够达到最大值，并且，能够提高风能摩擦纳米发电机的输出电流，保证其工作的持久性和稳定性，进而使风能摩擦纳米发电机具有广泛的用途和良好的应用前景。

如图7中所示，图7中所示的电路图可以为四个图5中所示结构的发电装置并联时的等效电路图，也可以为两个如图6所示结构的发电装置并联时的等效电路图，其中，图7中标识的测试电表一可以为电压表、电流表、示波器等电子测量仪器。

具体地，风能摩擦纳米发电机中的多个发电装置可以呈阵列式分布，四个发电装置可以呈4×1阵列式分布。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的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，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (17)

1.一种风能摩擦纳米发电机，其特征在于，包括至少一个发电装置，其中，每一个所述发电装置包括顶部摩擦发电组件、底部摩擦发电组件、抖动模块，且：

所述顶部摩擦发电组件和底部摩擦发电组件相对设置、且顶部摩擦发电组件和底部摩擦发电组件之间形成通风通道；

所述抖动模块具有刚性镂空板状结构，且所述抖动模块与所述顶部摩擦组件之间通过弹性件连接，所述抖动模块与所述底部摩擦发电组件之间通过弹性件连接；

所述抖动模块安装于所述通风通道内，当风通过所述通风通道时驱动所述抖动模块抖动，以使所述抖动模块与所述顶部摩擦发电组件以及底部摩擦发电组件之间产生摩擦起电和静电感应耦合效应。

2.根据权利要求1所述的风能摩擦纳米发电机，其特征在于，所述抖动模块包括第一电极部、第一连接部和第二电极部，其中，沿所述顶部摩擦发电组件朝向底部摩擦发电组件的方向，所述第一电极部位于所述第一连接部朝向所述顶部摩擦发电组件的一侧，所述第二电极部位于所述第一连接部朝向所述底部摩擦发电组件的一侧，且所述第一连接部设有多个贯穿其厚度方向的用于风通过的镂空孔；

当所述抖动模块抖动时，所述第一电极部用于与顶部摩擦发电组件摩擦配合，所述第二电极部用于与底部摩擦发电组件摩擦配合。

3.根据权利要求1所述的风能摩擦纳米发电机，其特征在于，所述抖动模块包括依次连接的第三电极部、第二连接部、第四电极部、第三连接部、第五电极部以形成“几”字形结构，其中，所述第二连接部和第三连接部相对设置、且均设有多个镂空孔，其中：

当所述抖动模块抖动时，所述第三电极部和第五电极部用于与底部摩擦发电组件摩擦配合，所述第四电极部用于与顶部摩擦发电组件摩擦配合。

4.根据权利要求2所述的风能摩擦纳米发电机，其特征在于，沿所述通风通道的延伸方向，所述第一电极部位于所述第一连接部的一侧，且所述第二电极部位于所述第一连接部的另一侧，所述第一电极部与所述第一连接部连接的部位与所述顶部摩擦发电组件之间设有所述弹性件，且所述第二电极部与所述第一连接部连接的部位与所述底部摩擦发电组件之间设有所述弹性件。

5.根据权利要求3所述的风能摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第三电极部和第五电极部与所述底部摩擦发电组件之间设有所述弹性件，所述第四电极部与所述顶部摩擦发电组件之间设有所述弹性件。

6.根据权利要求3所述的风能摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第三连接部设有的镂空孔的总镂空面积与第四连接部设有的镂空孔的总镂空面积不同。

7.根据权利要求3所述的风能摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第三连接部设有的镂空孔的数量与第四连接部设有的镂空孔的数量相同，且所述第三连接部上设置的镂空孔在所述第四连接部朝向所述第三连接部一侧表面上的投影与所述第四连接部设置的镂空孔之间不完全重叠。

8.根据权利要求1所述的风能摩擦纳米发电机，其特征在于，每一个所述发电装置中：

所述顶部摩擦发电组件包括沿所述顶部摩擦发电组件朝向底部摩擦发电组件方向依次排列的基底、由导电材料制备的第一缓冲层、由导电材料制备的第一导电层；所述抖动模块包括由高分子聚合物材料形成的第一摩擦层；所述底部摩擦发电组件包括沿所述顶部摩擦发电组件朝向底部摩擦发电组件方向依次排列的由导电材料制备的第二导电层、由导电材料制备的第二缓冲层、基底；

或者，

所述顶部摩擦发电组件包括沿所述顶部摩擦发电组件朝向底部摩擦发电组件方向依次排列的基底、由导电材料制备的第三导电层、由导电材料制备的第三缓冲层、由高分子聚合物制备的第二摩擦层；所述抖动模块包括沿所述顶部摩擦发电组件朝向底部摩擦发电组件方向依次排列的由导电材料制备的第四导电层、由导电材料制备的第四缓冲层、由高分子聚合物制备的绝缘层、由导电材料制备的第五缓冲层、由导电材料制备的第五导电层；所述底部摩擦发电组件包括沿所述顶部摩擦发电组件朝向底部摩擦发电组件方向依次排列的第三摩擦层、由导电材料制备的第六缓冲层、由导电材料制备的第六导电层、基底。

9.根据权利要求8所述的风能摩擦纳米发电机，其特征在于：

所述第一导电层、第二导电层、第三导电层、第四导电层、第五导电层以及第六导电层中，任意一层的厚度为5nm～1200nm；

所述第一缓冲层、第二缓冲层、第三缓冲层、第四缓冲层、第五缓冲层以及第六缓冲层中，任意一层的厚度为10nm～100nm。

10.根据权利要求8所述的风能摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第二摩擦层和/或第三摩擦层的厚度为1μm～200μm。

11.根据权利要求8所述的风能摩擦纳米发电机，其特征在于，所述导电材料为金属材料、铟锡氧化物、导电碳材料或者石墨烯电极材料。

12.根据权利要求8所述的风能摩擦纳米发电机，其特征在于，

所述第一导电层、第二导电层、第三导电层、第四导电层、第五导电层以及第六导电层中，任意一层的材料为铝材料；

所述第一缓冲层、第二缓冲层、第三缓冲层、第四缓冲层、第五缓冲层以及第六缓冲层中，任意一层的材料为钛。

13.根据权利要求8所述的风能摩擦纳米发电机，其特征在于，所述高分子聚合物材料为聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚酯、苯胺甲醛树脂、聚甲醛、聚酰胺、三聚氰胺甲醛、纤维素、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、聚乙烯醇、聚异丁烯、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、液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚氯醚、聚三氟氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或派瑞林。

14.根据权利要求8所述的风能摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第一摩擦层的材料与所述第二摩擦层的材料相同，或者，所述第一摩擦层的材料与所述第二摩擦层的材料不同。

15.根据权利要求8所述的风能摩擦纳米发电机，其特征在于，所述基底为亚克力板材料制备的基底。

16.根据权利要求1所述的风能摩擦纳米发电机，其特征在于，所述发电装置为多个，且多个所述发电装置通过连接整流桥和外围电路进行并联连接。

17.根据权利要求1所述的风能摩擦纳米发电机，其特征在于，多个所述发电装置呈阵列式分布。