CN109149997A - 多电极结构的摩擦发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多电极结构的摩擦发电机，包括：至少一个附加发电部件以及层叠设置的第一摩擦发电部件和第二摩擦发电部件；第一摩擦发电部件包括：层叠设置的第一电极层和第一介电材料层；第二摩擦发电部件至少包括：第二电极层；第一摩擦发电部件和第二摩擦发电部件之间构成摩擦界面；至少一个附加发电部件层叠设置于第一摩擦发电部件和/或第二摩擦发电部件远离摩擦界面的一侧表面上；附加发电部件包括：层叠设置的附加电极层和附加介电材料层；其中，第一电极层、第二电极层和附加电极层为多电极结构的摩擦发电机的信号输出端。本发明提供的多电极结构的摩擦发电机整体厚度小，单位体积内的发电量高，发电效率高，且制作工艺简单，成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及摩擦发电技术领域，具体涉及一种多电极结构的摩擦发电机。
背景技术
摩擦发电机已广泛应用在多个领域中。现有技术中的单体的摩擦发电机通常包括一对摩擦界面以及一对用于输出电信号的电极层，当外力作用在摩擦发动机上时，摩擦界面发生摩擦并产生电荷，所产生的电荷只能在电极层中进行一次感应，因此感应电荷的电荷量有限，导致摩擦发电机的发电效率较低。在一些应用场景下，为了提高发电效率，人们通常会将两个单体的摩擦发电机通过双面胶层等方式叠加设置在一起。虽然将两个单体的摩擦发电机叠加在一起能够在一定程度上提高发电效率，但是摩擦发电机经叠加后必然会大幅增加其厚度，导致单位体积内的发电量较小，很难满足用户使用需求。因此，现有技术中缺少一种单位体积内的发电量高的摩擦发电机。
发明内容
本发明的发明目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种多电极结构的摩擦发电机，用于解决现有技术中摩擦发电机的发电效率较低、单位体积内的发电量较小的问题。
本发明提供一种多电极结构的摩擦发电机，包括：至少一个附加发电部件以及层叠设置的第一摩擦发电部件和第二摩擦发电部件；
第一摩擦发电部件包括：层叠设置的第一电极层和第一介电材料层；第二摩擦发电部件至少包括：第二电极层；第一摩擦发电部件和第二摩擦发电部件之间构成摩擦界面；
至少一个附加发电部件层叠设置于第一摩擦发电部件和/或第二摩擦发电部件远离摩擦界面的一侧表面上；附加发电部件包括：层叠设置的附加电极层和附加介电材料层；
其中，第一电极层、第二电极层和附加电极层为多电极结构的摩擦发电机的信号输出端。
进一步地，第一摩擦发电部件远离摩擦界面的一侧表面上设置有至少一个附加发电部件；和/或，第二摩擦发电部件远离摩擦界面的一侧表面上设置有至少一个附加发电部件。
进一步地，与第一摩擦发电部件相邻的附加发电部件所包括的附加介电材料层设置于第一摩擦发电部件所包括的第一电极层和与第一摩擦发电部件相邻的附加发电部件所包括的附加电极层之间；
与第二摩擦发电部件相邻的附加发电部件所包括的附加介电材料层设置于第二摩擦发电部件所包括的第二电极层和与第二摩擦发电部件相邻的附加发电部件所包括的附加电极层之间；
相邻两个附加发电部件所包括的附加电极层之间设置有附加介电材料层。
进一步地，第二摩擦发电部件还包括：第二介电材料层；第二介电材料层设置在第二电极层靠近第一摩擦发电部件的一侧表面上。
进一步地，多电极结构的摩擦发电机还包括：居间部件；居间部件设置在第一摩擦发电部件和第二摩擦发电部件之间。
进一步地，居间部件包括：至少一个居间介电材料层和/或至少一个居间电极层。
进一步地，至少一个居间介电材料层与至少一个居间电极层交替层叠设置。
进一步地，第一电极层、第二电极层、附加电极层和居间电极层采用金属、金属氧化物或者合金；
第一介电材料层、第二介电材料层、附加介电材料层和居间介电材料层采用半导体、金属氧化物或者电阻率为109～1022Ω·m的材料。
进一步地，多电极结构的摩擦发电机的外侧表面包覆有保护层。
进一步地，构成摩擦界面的两个表面中的至少一个表面上设置有凸起阵列结构或微纳结构。
进一步地，凸起阵列结构为多个凸起按照矩形或菱形排列构成，或者为多个带状结构按照几何排列设置在相应表面的两侧、四角、四周边缘或整个表面上；
凸起的形状为半球形、圆柱形、棱柱形或棱锥形；带状结构按照井字、叉字、斑马线型、十字或口字的形状阵列排列。
进一步地，微纳结构为纳米线结构、纳米晶结构、纳米棒结构、纳米球结构或者纳米管结构。
本发明提供的多电极结构的摩擦发电机，除了包括第一摩擦发电部件和第二摩擦发电部件之外，还包括至少一个附加发电部件，第一摩擦发电部件和第二摩擦发电部件之间构成摩擦界面，至少一个附加发电部件层叠设置于第一摩擦发电部件和/或第二摩擦发电部件远离摩擦界面的一侧表面上，第一摩擦发电部件和第二摩擦发电部件中的电极层和至少一个附加发电部件中的附加电极层均为多电极结构的摩擦发电机的信号输出端。本发明提供的多电极结构的摩擦发电机整体厚度较小，不仅能够在第一摩擦发电部件和第二摩擦发电部件中的电极层中感应出电荷，而且还能够在至少一个附加发电部件中的附加电极层中感应出电荷，有效地提高了感应电荷的电荷量，从而提高了单位体积内的发电量，提高了发电效率。另外，本发明提供的多电极结构的摩擦发电机不仅单位体积内的发电量高、工作性能稳定，整个摩擦发电机更具一致性，延长了整个摩擦发电机使用寿命的同时还具有制作工艺简单、成本低廉、适合大规模工业生产的优点。
附图说明
图1a为本发明提供的多电极结构的摩擦发电机实施例一的截面结构示意图；
图1b为本发明提供的多电极结构的摩擦发电机实施例一的发电过程电荷变化示意图；
图2为本发明提供的多电极结构的摩擦发电机实施例二的截面结构示意图；
图3a为本发明提供的多电极结构的摩擦发电机实施例三的截面结构示意图；
图3b为本发明提供的多电极结构的摩擦发电机实施例三的发电过程电荷变化示意图；
图4为本发明提供的多电极结构的摩擦发电机实施例四的截面结构示意图；
图5为本发明提供的多电极结构的摩擦发电机实施例五的截面结构示意图；
图6为本发明提供的多电极结构的摩擦发电机实施例六的截面结构示意图；
图7a示出了图3a所示的多电极结构的摩擦发电机实施例三的电流检测数据图；
图7b示出了现有技术中四层结构的摩擦发电机的电流检测数据图。
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。
本发明提供了一种多电极结构的摩擦发电机，包括：至少一个附加发电部件以及层叠设置的第一摩擦发电部件和第二摩擦发电部件；第一摩擦发电部件包括：层叠设置的第一电极层和第一介电材料层；第二摩擦发电部件至少包括：第二电极层；第一摩擦发电部件和第二摩擦发电部件之间构成摩擦界面；至少一个附加发电部件层叠设置于第一摩擦发电部件和/或第二摩擦发电部件远离摩擦界面的一侧表面上；附加发电部件包括：层叠设置的附加电极层和附加介电材料层；其中，第一电极层、第二电极层和附加电极层为多电极结构的摩擦发电机的信号输出端。本领域技术人员可根据实际需要确定附加发电部件的具体数量，此处不做限定。
其中，第一摩擦发电部件远离摩擦界面的一侧表面上可设置有至少一个附加发电部件；和/或，第二摩擦发电部件远离摩擦界面的一侧表面上可设置有至少一个附加发电部件。具体地，与第一摩擦发电部件相邻的附加发电部件所包括的附加介电材料层设置于第一摩擦发电部件所包括的第一电极层和与第一摩擦发电部件相邻的附加发电部件所包括的附加电极层之间；与第二摩擦发电部件相邻的附加发电部件所包括的附加介电材料层设置于第二摩擦发电部件所包括的第二电极层和与第二摩擦发电部件相邻的附加发电部件所包括的附加电极层之间；相邻两个附加发电部件所包括的附加电极层之间设置有附加介电材料层。
图1a为本发明提供的多电极结构的摩擦发电机实施例一的截面结构示意图，如图1a所示，多电极结构的摩擦发电机包括层叠设置的第一摩擦发电部件110和第二摩擦发电部件120，还包括第一附加发电部件130。
第一摩擦发电部件110包括：层叠设置的第一电极层111和第一介电材料层112；第二摩擦发电部件120包括：第二电极层。第一摩擦发电部件110和第二摩擦发电部件120之间构成摩擦界面，具体地，第一介电材料层112和第二电极层相对的两个表面构成摩擦界面。本领域技术人员可根据实际需要对第一电极层111、第一介电材料层112和第二电极层的材料进行设置，此处不做限定。例如，第一电极层111和第二电极层的材料可为铜，第一介电材料层112的材料可为聚二甲基硅氧烷薄膜(PDMS)。
第一附加发电部件130包括：层叠设置的第一附加电极层131和第一附加介电材料层132，第一附加发电部件130层叠设置于第一摩擦发电部件110远离摩擦界面的一侧表面上，具体地，第一附加介电材料层132设置于第一电极层111远离摩擦界面的一侧表面上，即第一附加介电材料层132设置于第一电极层111和第一附加电极层131之间。第一电极层111、第二电极层和第一附加电极层131为多电极结构的摩擦发电机的信号输出端。具体地，电性相反的两个电极层均可作为一组信号输出端，还可以对电性相同的电极层进行串并联，本领域技术人员对各电极层的连接关系不做限定。并且，本领域技术人员还可根据实际需要将多电极结构的摩擦发电机制作为多种形状，例如环形、球形、波浪形或者其他几何形状。
图1b为本发明提供的多电极结构的摩擦发电机实施例一的发电过程电荷变化示意图，多电极结构的摩擦发电机的摩擦方式可以为接触分离式摩擦，还可以为滑动摩擦。下面以摩擦方式为接触分离式摩擦为例对发电过程进行说明，如图1b中的上侧图所示，当外力作用在多电极结构的摩擦发电机上时，第一摩擦发电部件110和第二摩擦发电部件120产生形变，第一介电材料层112和第二电极层在外力作用下发生接触和摩擦，第一介电材料层112和第二电极层相对的两个表面构成摩擦界面，该摩擦界面发生电荷移动，等量但电性相反的电荷在摩擦界面处生成并分布在第一介电材料层112和第二电极层表面上并形成内电势。由于第一介电材料层112本身是绝缘的，所以电荷不会被迅速导走或中和。为了抵消该内电势对整个系统的影响，第一电极层111、第二电极层和第一附加电极层131分别感应出自由电荷，而感应到的自由电荷在外电路导通的情况下将发生中和，通过负载而形成外电流。
如图1b中的下侧图所示，当外力作用消失时，第一摩擦发电部件110和第二摩擦发电部件120的形状恢复到原来状态，这个过程中摩擦界面再次发生摩擦，内电势由于电荷的相互中和而减弱或消失。内电势的改变使得之前已经达到电势平衡的第一电极层111、第二电极层和第一附加电极层131再次产生电势差，第一电极层111、第二电极层和第一附加电极层131再次发生感应，产生与形变状态下极性相反的自由电荷。自由电荷流经外电路负载时，形成与形变时电流方向相反的外电流。通过反复的接触摩擦和恢复，能够在外电路中形成周期性的交流电信号。此外，在发生形变和恢复时，第一附加介电材料层132与第一电极层111和第一附加电极层131也能够发生摩擦并产生摩擦电荷，从而在电极层上产生感应电荷。
图2为本发明提供的多电极结构的摩擦发电机实施例二的截面结构示意图，如图2所示，多电极结构的摩擦发电机实施例二与多电极结构的摩擦发电机实施例一的区别在于：多电极结构的摩擦发电机实施例二还包括：第二附加发电部件140，第二附加发电部件140包括：层叠设置的第二附加电极层141和第二附加介电材料层142，第二附加发电部件140层叠设置于第二摩擦发电部件120远离摩擦界面的一侧表面上。具体地，第二附加发电部件140中的第二附加介电材料层142设置于第二电极层远离摩擦界面的一侧表面上，即第二附加介电材料层142设置于第二电极层和第二附加电极层141之间。第一电极层111、第二电极层、第一附加电极层131和第二附加电极层141为多电极结构的摩擦发电机的信号输出端。多电极结构的摩擦发电机实施例二与多电极结构的摩擦发电机实施例一的发电过程类似，此处不再赘述。
图3a为本发明提供的多电极结构的摩擦发电机实施例三的截面结构示意图，如图3a所示，多电极结构的摩擦发电机包括层叠设置的第一摩擦发电部件310和第二摩擦发电部件320，还包括第一附加发电部件330和第二附加发电部件340。
第一摩擦发电部件310包括：层叠设置的第一电极层311和第一介电材料层312；第二摩擦发电部件320包括：层叠设置的第二介电材料层321和第二电极层322，第二介电材料层321设置在第二电极层322靠近第一摩擦发电部件310的一侧表面上。第一摩擦发电部件310和第二摩擦发电部件320之间构成摩擦界面，具体地，第一介电材料层312和第二介电材料层321相对的两个表面构成摩擦界面。
其中，第一介电材料层312的材料可与第二介电材料层321的材料相同或不同，本领域技术人员可根据实际需要对第一介电材料层312和第二介电材料层321的材料进行设置，此处不做限定。优选地，第一介电材料层312的材料和第二介电材料层321的材料不同，它们之间应具有一定的极性差异，以便获得较好的摩擦发电效果。例如，第一介电材料层312的材料可为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(PET)，第二介电材料层321的材料可为PDMS。
第一附加发电部件330包括：层叠设置的第一附加电极层331和第一附加介电材料层332，第二附加发电部件340包括：层叠设置的第二附加电极层341和第二附加介电材料层342，第一附加发电部件330和第二附加发电部件340分别层叠设置于第一摩擦发电部件310和第二摩擦发电部件320远离摩擦界面的一侧表面上，具体地，第一附加介电材料层332设置于第一电极层311和第一附加电极层331之间，第二附加介电材料层342设置于第二电极层322和第二附加电极层341之间。第一电极层311、第二电极层322、第一附加电极层331和第二附加电极层341为多电极结构的摩擦发电机的信号输出端。具体地，电性相反的两个电极层均可作为一组信号输出端，还可以对电性相同的电极层进行串并联，本领域技术人员对各电极层的连接关系不做限定。并且，本领域技术人员还可根据实际需要将多电极结构的摩擦发电机制作为多种形状，例如环形、球形或者其他规则几何形状。
其中，第一附加发电部件330中的第一附加电极层331的材料可与第二附加发电部件340中的第二附加电极层341的材料相同或不同，另外，第一附加发电部件330中的第一附加介电材料层332的材料可与第二附加发电部件340中的第二附加介电材料层342的材料相同或不同，本领域技术人员可根据实际需要对第一附加电极层331、第一附加介电材料层332、第二附加电极层341和第二附加介电材料层342的材料进行设置，此处不做限定。
可选地，构成摩擦界面的两个表面中的至少一个表面上还可设置有凸起阵列结构或微纳结构，凸起阵列结构或微纳结构的存在增加了摩擦面的粗糙度，提高了接触面积，并能够加快摩擦表面的分离速度，有助于提高多电极结构的摩擦发电机的发电效率。其中，凸起阵列结构为多个凸起按照矩形或菱形排列构成，或者为多个带状结构按照几何排列设置在相应表面的两侧、四角、四周边缘或整个表面上。可选地，凸起的形状可以为半球形、圆柱形、棱柱形或棱锥形等，此处不做具体限定；带状结构可以按照井字、叉字、斑马线型、十字或口字的形状阵列排列，此处不做具体限定。微纳结构可以为纳米线结构、纳米晶结构、纳米棒结构、纳米球结构或者纳米管结构，此处不做具体限定。
如图3a所示，第一介电材料层312靠近第二摩擦发电部件320的一侧表面上设置有第一凸起阵列结构313，另外，第二介电材料层321靠近第一摩擦发电部件310的一侧表面上设置有第二凸起阵列结构323，有助于进一步提高多电极结构的摩擦发电机的发电效率。第一凸起阵列结构313和第二凸起阵列结构323为多个凸起按照矩形或菱形排列构成，或者为多个带状结构按照几何排列设置在相应表面的两侧、四角、四周边缘或整个表面上。其中，第二凸起阵列结构323的具体结构可与第一凸起阵列结构313的具体结构相同或不同，本领域技术人员可根据实际需要对第一凸起阵列结构313的具体结构和第二凸起阵列结构323的具体结构进行设置，此处不做限定。具体地，第一凸起阵列结构313和第二凸起阵列结构323可通过热压工艺制作得到。
图3b为本发明提供的多电极结构的摩擦发电机实施例三的发电过程电荷变化示意图，下面以摩擦方式为接触分离式摩擦为例对发电过程进行说明，如图3b中的上侧图所示，当外力作用在多电极结构的摩擦发电机上时，第一摩擦发电部件310和第二摩擦发电部件320产生形变，第一介电材料层312和第二介电材料层321在外力作用下发生接触和摩擦，第一介电材料层312和第二介电材料层321相对的两个表面构成摩擦界面，该摩擦界面发生电荷移动，等量但电性相反的电荷在摩擦界面处生成并分布在第一介电材料层312和第二介电材料层321表面上并形成内电势。由于第一介电材料层312和第二介电材料层321本身是绝缘的，所以电荷不会被迅速导走或中和。为了抵消该内电势对整个系统的影响，第一电极层311、第二电极层322、第一附加电极层331和第二附加电极层341分别感应出自由电荷，而感应到的自由电荷在外电路导通的情况下将发生中和，通过负载而形成外电流。
如图3b中的下侧图所示，当外力作用消失时，第一摩擦发电部件310和第二摩擦发电部件320的形状恢复到原来状态，这个过程中摩擦界面再次发生摩擦，内电势由于电荷的相互中和而减弱或消失。内电势的改变使得之前已经达到电势平衡的第一电极层311、第二电极层322、第一附加电极层331和第二附加电极层341再次产生电势差，第一电极层311、第二电极层322、第一附加电极层331和第二附加电极层341再次发生感应，产生与形变状态下极性相反的自由电荷。自由电荷流经外电路负载时，形成与形变时电流方向相反的外电流。通过反复的接触摩擦和恢复，能够在外电路中形成周期性的交流电信号。此外，在发生形变和恢复时，第一附加介电材料层332与第一电极层311和第一附加电极层331也能够发生摩擦并产生摩擦电荷，第二附加介电材料层342与第二电极层322和第二附加电极层341也能够发生摩擦并产生摩擦电荷，从而在电极层上产生感应电荷。
图4为本发明提供的多电极结构的摩擦发电机实施例四的截面结构示意图，如图4所示，多电极结构的摩擦发电机实施例四与多电极结构的摩擦发电机实施例三的区别在于：第一附加发电部件330所包括的第一附加介电材料层332设置于第一附加发电部件330所包括的第一附加电极层331和第二附加发电部件340所包括的第二附加电极层341之间，第二附加介电材料层342设置于第二电极层322和第二附加电极层341之间。多电极结构的摩擦发电机实施例四与多电极结构的摩擦发电机实施例三的发电过程类似，此处不再赘述。
在一种可选的实施方式中，多电极结构的摩擦发电机除了包括如图3a等实施例中所示的第一摩擦发电部件、第二摩擦发电部件、第一附加发电部件和第二附加发电部件之外，还可包括居间部件，其中，居间部件设置在第一摩擦发电部件和第二摩擦发电部件之间。具体地，居间部件可包括：至少一个居间介电材料层和/或至少一个居间电极层，至少一个居间介电材料层可与至少一个居间电极层交替层叠设置，即相邻两个居间介电材料层中间设置有居间电极层，相邻两个居间电极层中间设置有居间介电材料层。
假设多电极结构的摩擦发电机包括第一摩擦发电部件、第二摩擦发电部件、第一附加发电部件、第二附加发电部件和居间部件。当居间部件包括一个居间介电材料层时，第一介电材料层与居间介电材料层相对的两个表面和/或居间介电材料层与第二介电材料层相对的两个表面构成摩擦界面，第一电极层、第二电极层、第一附加电极层和第二附加电极层为多电极结构的摩擦发电机的信号输出端；当居间部件包括一个居间电极层时，第一介电材料层与居间电极层相对的两个表面和/或居间电极层与第二介电材料层相对的两个表面构成摩擦界面，第一电极层、第二电极层、居间电极层、第一附加电极层和第二附加电极层为多电极结构的摩擦发电机的信号输出端。
图5为本发明提供的多电极结构的摩擦发电机实施例五的截面结构示意图，如图5所示，多电极结构的摩擦发电机实施例五与多电极结构的摩擦发电机实施例三的区别在于：多电极结构的摩擦发电机实施例五还包括居间部件350，居间部件350设置在第一摩擦发电部件310和第二摩擦发电部件320之间。其中，居间部件350包括：层叠设置的第一居间介电材料层351、居间电极层352和第二居间介电材料层353，具体地，第一居间介电材料层351设置于居间电极层352靠近第一摩擦发电部件310的一侧表面上，第二居间介电材料层353设置于居间电极层352靠近第二摩擦发电部件320的一侧表面上，即居间电极层352设置于第一居间介电材料层351和第二居间介电材料层353之间。第一介电材料层312与第一居间介电材料层351相对的两个表面和/或第二居间介电材料层353与第二介电材料层321相对的两个表面构成摩擦界面，第一电极层311、第二电极层322、居间电极层352、第一附加电极层331和第二附加电极层341为多电极结构的摩擦发电机的信号输出端。多电极结构的摩擦发电机实施例五与多电极结构的摩擦发电机实施例三的发电过程类似，此处不再赘述。
图6为本发明提供的多电极结构的摩擦发电机实施例六的截面结构示意图，如图6所示，多电极结构的摩擦发电机实施例六与多电极结构的摩擦发电机实施例三的区别在于：多电极结构的摩擦发电机实施例六除了包括第一附加发电部件330和第二附加发电部件340之外，在第一附加发电部件330和第二附加发电部件340远离摩擦界面的一侧表面上还层叠设置有多个附加发电部件，为了便于说明，将第一附加发电部件330和第二附加发电部件340远离摩擦界面的一侧表面上所设置的附加发电部件称为第三附加发电部件360，本领域技术人员可根据实际需要对在第一附加发电部件330远离摩擦界面的一侧表面上设置的第三附加发电部件360的数量和在第二附加发电部件340远离摩擦界面的一侧表面上设置的第三附加发电部件360的数量进行选择，此处不做限定。
其中，第三附加发电部件360包括：层叠设置的第三附加电极层361和第三附加介电材料层362。在设置过程中，需要在相邻两个附加发电部件所包括的附件电极层之间设置有附加介电材料层。具体地，将相邻两个第三附加发电部件360所包括的第三附加电极层361之间设置第三附加介电材料层362，即一个第三附加发电部件360的第三附加电极层361和与其相邻的第三附加发电部件360的第三附加介电材料层362设置在一起，以使两个相邻的第三附加发电部件360的第三附加电极层361之间能够绝缘；另外，还需要将与第一附加发电部件330相邻的第三附加发电部件360所包括的第三附加介电材料层362设置于第一附加电极层331和该第三附加发电部件360所包括的第三附加电极层361之间，将与第二附加发电部件340相邻的第三附加发电部件360所包括的第三附加介电材料层362设置于第二附加电极层341和该第三附加发电部件360所包括的第三附加电极层361之间，以使第一附加发电部件330的第一附加电极层331与相邻的第三附加发电部件360的第三附加电极层361之间能够绝缘，第二附加发电部件340的第二附加电极层341与相邻的第三附加发电部件360的第三附加电极层361之间能够绝缘。
可选地，在上述各实施例中，多电极结构的摩擦发电机的外侧表面还可包覆有保护层，保护层的材料可以为弹性绝缘材料，例如热塑性聚氨酯弹性体(TPU)，起到保护多电极结构的摩擦发电机内部结构的作用，并且还可以减少外界振动对多电极结构的摩擦发电机性能的影响。
在上述各实施例中，第一电极层、第二电极层、第一附加电极层、第二附加电极层、居间电极层可采用金属、金属氧化物或者合金等材料，本领域技术人员可根据需要进行选择。其中，金属可以为自金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、锡、铁、锰、钼、钨或钒等，金属氧化物可以为铟锡氧化物等，合金可以为铝合金、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、铌合金或者钽合金等。本领域技术人员可根据实际需要对第一电极层、第二电极层、第一附加电极层、第二附加电极层和居间电极层的材料进行设置，此处不做具体限定。
在上述各实施例中，第一介电材料层、第二介电材料层、第一附加介电材料层、第二附加介电材料层和居间介电材料层可采用半导体、金属氧化物或者电阻率为109～1022Ω·m的材料，例如，第一介电材料层、第二介电材料层、第一附加介电材料层、第二附加介电材料层和居间介电材料层的材料可分别选自聚二甲基硅氧烷薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚偏氟乙烯薄膜、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、聚乙烯丙二酚碳酸盐薄膜和氧化锌中的一种。本领域技术人员可根据实际需要对第一介电材料层、第二介电材料层、第一附加介电材料层、第二附加介电材料层和居间介电材料层的材料进行设置，此处不做具体限定。在一种可选的实施方式中，还可将上述材料制作成无纺布，将制作得到的无纺布作为第一介电材料层、第二介电材料层、第一附加介电材料层、第二附加介电材料层和居间介电材料层。
在上述各实施例中，各电极层的厚度范围可为10-100微米，各介电材料层的厚度范围可为1-1000微米，各层间可根据材料不同选择蒸镀、磁控溅射、涂覆、粘合等方式设置和连接。
图7a和图7b分别示出了图3a所示的多电极结构的摩擦发电机实施例三的电流检测数据图以及现有技术中四层结构的摩擦发电机的电流检测数据图，上述输出电流检测数据图为经实验仪器测试得到的波形图像，信号清晰可见，其中，横坐标为时间，纵坐标为电流。其中，与图7b对应的现有技术中四层结构的摩擦发电机即为图3a所示的多电极结构的摩擦发电机实施例三去除第一附加发电部件和第二附加发电部件后得到的摩擦发电机。由图7a所示的检测数据可知，多电极结构的摩擦发电机实施例三的平均输出电流大约为105微安，由图7b所示的检测数据可知，现有技术中四层结构的摩擦发电机的平均输出电流大约为40微安。与现有技术中四层结构的摩擦发电机相比，图3a所示的多电极结构的摩擦发电机实施例三的输出电流提高了一倍以上，有效地提高了发电效率。
上述多电极结构的摩擦发电机实施例三的电流检测信号和现有技术中四层结构的摩擦发电机的电流检测信号均在实验室工作环境中测得，是未经电路处理的原始信号，所反映的是实际的电流输出情况，仅供确定电流大小使用。
本发明提供的多电极结构的摩擦发电机，除了包括第一摩擦发电部件和第二摩擦发电部件之外，还包括至少一个附加发电部件，第一摩擦发电部件和第二摩擦发电部件之间构成摩擦界面，至少一个附加发电部件层叠设置于第一摩擦发电部件和/或第二摩擦发电部件远离摩擦界面的一侧表面上，第一摩擦发电部件和第二摩擦发电部件中的电极层和至少一个附加发电部件中的附加电极层均为多电极结构的摩擦发电机的信号输出端。本发明提供的多电极结构的摩擦发电机整体厚度较小，不仅能够在第一摩擦发电部件和第二摩擦发电部件中的电极层中感应出电荷，而且还能够在至少一个附加发电部件中的附加电极层中感应出电荷，有效地提高了感应电荷的电荷量，从而提高了单位体积内的发电量，提高了发电效率。另外，本发明提供的多电极结构的摩擦发电机不仅单位体积内的发电量高、工作性能稳定，整个摩擦发电机更具一致性，延长了整个摩擦发电机使用寿命的同时还具有制作工艺简单、成本低廉、适合大规模工业生产的优点。
本领域技术人员应该理解，附图或实施例中所示的装置结构仅仅是示意性的，表示逻辑结构。其中作为分离部件显示的模块可能是或者可能不是物理上分开的，作为模块显示的部件可能是或者可能不是物理模块。
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 (12)
1.一种多电极结构的摩擦发电机，其特征在于，包括：至少一个附加发电部件以及层叠设置的第一摩擦发电部件和第二摩擦发电部件；
所述第一摩擦发电部件包括：层叠设置的第一电极层和第一介电材料层；所述第二摩擦发电部件至少包括：第二电极层；所述第一摩擦发电部件和所述第二摩擦发电部件之间构成摩擦界面；
所述至少一个附加发电部件层叠设置于所述第一摩擦发电部件和/或所述第二摩擦发电部件远离摩擦界面的一侧表面上；所述附加发电部件包括：层叠设置的附加电极层和附加介电材料层；
其中，所述第一电极层、所述第二电极层和所述附加电极层为所述多电极结构的摩擦发电机的信号输出端。
2.根据权利要求1所述的多电极结构的摩擦发电机，其特征在于，所述第一摩擦发电部件远离摩擦界面的一侧表面上设置有至少一个附加发电部件；和/或，所述第二摩擦发电部件远离摩擦界面的一侧表面上设置有至少一个附加发电部件。
3.根据权利要求2所述的多电极结构的摩擦发电机，其特征在于，与所述第一摩擦发电部件相邻的附加发电部件所包括的附加介电材料层设置于所述第一摩擦发电部件所包括的第一电极层和与所述第一摩擦发电部件相邻的附加发电部件所包括的附加电极层之间；
与所述第二摩擦发电部件相邻的附加发电部件所包括的附加介电材料层设置于所述第二摩擦发电部件所包括的第二电极层和与所述第二摩擦发电部件相邻的附加发电部件所包括的附加电极层之间；
相邻两个附加发电部件所包括的附加电极层之间设置有附加介电材料层。
4.根据权利要求1-3任一项所述的多电极结构的摩擦发电机，其特征在于，所述第二摩擦发电部件还包括：第二介电材料层；所述第二介电材料层设置在所述第二电极层靠近所述第一摩擦发电部件的一侧表面上。
5.根据权利要求1-4任一项所述的多电极结构的摩擦发电机，其特征在于，所述多电极结构的摩擦发电机还包括：居间部件；所述居间部件设置在所述第一摩擦发电部件和所述第二摩擦发电部件之间。
6.根据权利要求5所述的多电极结构的摩擦发电机，其特征在于，所述居间部件包括：至少一个居间介电材料层和/或至少一个居间电极层。
7.根据权利要求6所述的多电极结构的摩擦发电机，其特征在于，所述至少一个居间介电材料层与所述至少一个居间电极层交替层叠设置。
8.根据权利要求6所述的多电极结构的摩擦发电机，其特征在于，所述第一电极层、所述第二电极层、所述附加电极层和所述居间电极层采用金属、金属氧化物或者合金；
所述第一介电材料层、所述第二介电材料层、所述附加介电材料层和所述居间介电材料层采用半导体、金属氧化物或者电阻率为109～1022Ω·m的材料。
9.根据权利要求1-8任一项所述的多电极结构的摩擦发电机，其特征在于，所述多电极结构的摩擦发电机的外侧表面包覆有保护层。
10.根据权利要求1-9任一项所述的多电极结构的摩擦发电机，其特征在于，构成摩擦界面的两个表面中的至少一个表面上设置有凸起阵列结构或微纳结构。
11.根据权利要求10所述的多电极结构的摩擦发电机，其特征在于，所述凸起阵列结构为多个凸起按照矩形或菱形排列构成，或者为多个带状结构按照几何排列设置在相应表面的两侧、四角、四周边缘或整个表面上；
所述凸起的形状为半球形、圆柱形、棱柱形或棱锥形；所述带状结构按照井字、叉字、斑马线型、十字或口字的形状阵列排列。
12.根据权利要求10所述的多电极结构的摩擦发电机，其特征在于，所述微纳结构为纳米线结构、纳米晶结构、纳米棒结构、纳米球结构或者纳米管结构。
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