CN111555659A - 一种可组合的静电式动能采集器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可组合的静电式动能采集器及其制备方法，动能采集器包括自上而下依次设置的面板、半月形支撑构件、驻极体薄膜和凹槽，若驻极体薄膜由聚合物薄膜上表面覆盖上电极构成，则聚合物薄膜下表面内部注入有负电荷，凹槽内表面覆盖有下电极；若驻极体薄膜由聚合物薄膜下表面覆盖下电极构成，则聚合物薄膜上表面内部注入有负电荷，聚合物薄膜上表面与面板之间设有上电极；面板与上电极之间通过弹性连接构件连接，上、下电极分别连接有上、下电极引线，将多个动能采集器上下翻转后进行堆叠及左右平铺连接，即可得到无空隙的组合式动能采集器。与现有技术相比，本发明能够灵活适应于不同场合、充分利用安装空间、提高动能采集效率。
Description
技术领域
本发明涉及动能采集器技术领域，尤其是涉及一种可组合的静电式动能采集器及其制备方法。
背景技术
近年来，随着经济社会的发展，能源问题日益突出，动能是当前环境中普遍存在且易获取的一种能源，利用电磁、压电、静电效应的各种能量采集装置能够将动能转换为电能，从而为低功耗电子器件和无线网络节点提供可持续的能源。MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)技术是指集微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、甚至接口电路、通信和电源与一体的微机电系统技术，目前在动能采集领域的研究中，基于MEMS技术制备动能采集器，逐渐成为研究的热点。
现有的动能采集器大多采用结构固定的方式，无法根据实际应用场合进行结构调整，导致不能充分利用动能采集空间，降低了动能采集效率，可以说，动能采集器的结构决定着其最终的能量转换效率，而具有良好可集成性的装置结构则能够很好地适应各种应用场合。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可组合的静电式动能采集器及其制备方法，通过设计可灵活更改组合结构的动能采集器，以适用于不同应用场合，从而提高动能采集效率。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种可组合的静电式动能采集器，包括自上而下依次设置的面板、半月形支撑构件、驻极体薄膜和凹槽，所述半月形支撑构件固定于面板底部，所述驻极体薄膜的下表面朝向凹槽内表面，所述驻极体薄膜具体为一个表面覆盖有一层电极的聚合物薄膜，若聚合物薄膜的上表面覆盖有一层上电极，则所述聚合物薄膜的下表面内部注入有负电荷，所述凹槽的内表面覆盖有下电极；
若聚合物薄膜的下表面覆盖有一层下电极，则所述聚合物薄膜的上表面内部注入有负电荷，所述聚合物薄膜的上表面与面板底部之间设有上电极；
所述面板底部的两端与上电极之间设有可压缩回弹的弹性连接构件，所述上电极和下电极分别连接有上电极引线和下电极引线，将多个静电式动能采集器上下翻转后进行堆叠及左右平铺连接，即可得到无空隙的组合式动能采集器。
进一步地，所述面板具体为柔性面板或刚性面板。
进一步地，所述凹槽具体为V形凹槽或弧形凹槽。
进一步地，所述凹槽采用热塑性材料或附带绝缘层的金属材料。
进一步地，若所述驻极体薄膜为上表面覆盖有一层上电极的聚合物薄膜，则所述聚合物薄膜为波浪形结构的高弹性聚合物薄膜，所述聚合物薄膜的两端固定粘贴在凹槽的两端，所述上电极与聚合物薄膜共同构成高弹性驻极体薄膜；
当受到外部压力或振动激励时，弹性连接构件被压缩，面板带动半月形支撑构件下移，使上电极和聚合物薄膜发生形变，当外部压力或振动载荷消失时，弹性连接构件回弹至原样，面板带动半月形支撑构件上移，使上电极和聚合物薄膜恢复至原始状态。
进一步地，若所述驻极体薄膜为下表面覆盖有一层下电极的聚合物薄膜，则所述上电极为波浪形结构的高弹性导电薄膜，所述聚合物薄膜固定贴合于凹槽的内表面，所述下电极与聚合物薄膜共同构成驻极体薄膜；
当受到外部压力或振动激励时，弹性连接构件被压缩，面板带动半月形支撑构件下移，使上电极发生形变，当外部压力或振动载荷消失时，弹性连接构件回弹至原样，面板带动半月形支撑构件上移，使上电极恢复至原始状态。
本发明提出一种可组合的静电式动能采集器制备方法，其中，动能采集器的驻极体薄膜为上表面覆盖有一层上电极的聚合物薄膜，该动能采集器的制备方法包括以下步骤：
S1、选用聚合物材料，通过流延、压印及浇注的方式制成聚合物薄膜，该聚合物薄膜为波浪形结构；
S2、采用真空蒸镀法，在聚合物薄膜的一个表面覆盖一层导电电极，即为上电极；
S3、通过电晕极化、接触法充电、离子注入或电子束注入的方式，向聚合物薄膜未覆盖电极的自由表面注入真实负电荷；
S4、选用热塑性材料或金属材料，以加工得到凹糟；
S5、若凹槽为热塑性材料，则在凹槽内表面覆盖一层导电电极，即为下电极，若凹槽为金属材料，则无需执行此步骤，凹槽的内表面即为下电极；
S6、将聚合物薄膜注入真实负电荷的表面朝向凹槽内表面，将聚合物薄膜的两端粘贴在凹槽的两端；
S7、在面板的底部粘贴半月形支撑构件，将弹性连接构件的一端分别固定安装在上电极的两端，将弹性连接构件的另一端分别固定安装在面板底部的两端；
S8、从上电极引出上电极引线，从下电极引出下电极引线，即得到静电式动能采集器。
本发明还提供另一种可组合的静电式动能采集器制备方法，其中，动能采集器的驻极体薄膜为下表面覆盖有一层下电极的聚合物薄膜，该动能采集器的制备方法包括以下步骤：
S1、选用聚合物材料，制成聚合物薄膜；
S2、通过真空蒸镀法，在聚合物薄膜的一个表面覆盖一层导电电极，即为下电极；
S3、通过电晕极化、接触法充电、离子注入或电子束注入的方式，向聚合物薄膜未覆盖电极的一个表面注入真实负电荷；
S4、选用热塑性材料或金属材料，以加工得到凹糟；
S5、将聚合物薄膜覆盖有下电极的一面贴合固定于凹槽内表面；
S6、选用导电薄膜材料，以加工得到具有高弹性的上电极，该上电极为波浪形结构，并将上电极底部的两端固定在凹槽的两端；
S7、在面板的底部粘贴半月形支撑构件，将弹性连接构件的一端分别固定安装在上电极顶部的两端，将弹性连接构件的另一端分别固定安装在面板底部的两端；
S8、从上电极引出上电极引线，从下电极引出下电极引线，即得到静电式动能采集器。
上述两种制备方法中，所述步骤S4中凹槽为V形凹槽或弧形凹槽，当弧形凹槽采用金属材料时，弧形凹槽的外表面覆盖有绝缘层；
所述聚合物材料具体为PTFE(Poly tetra fluoroethylene，聚四氟乙烯)、FEP(Fluorinated ethylene propylene，氟化乙烯丙烯共聚物)、PET(Polyethyleneterephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PE(polyethylene，聚乙烯)或PP(polypropylene，聚丙烯)；
所述热塑性材料具体为PET(Polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PE(polyethylene，聚乙烯)、PVC(Polyvinyl chloride，聚氯乙烯)、PP(polypropylene，聚丙烯)、TPV(Thermoplastic Vulcanizate，热塑性硫化橡胶)、PC(Polycarbonate，聚碳酸酯)或TPU(Thermoplastic polyurethanes，热塑性聚氨酯弹性体橡胶)；
所述导电薄膜材料具体为纳米银线硅橡胶或石墨烯。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、本发明提出的动能采集器采用可组合的结构设计，通过将多个单结构的动能采集器上下翻转后进行堆叠和左右平铺连接，能够得到无空隙组合式的动能采集器，从而实现灵活调整组合式动能采集器形状及尺寸的目的，使得实际应用时能够充分利用安装空间、提高动能采集效率。
二、本发明通过设计V形或弧形凹槽，配合波浪形结构的高弹性导电薄膜或者高弹性驻极体膜，进一步扩展了动能采集器的结构多样性、从而适应于不同应用场合，此外，本发明采用自上而下的结构设计，利用弹性连接构件以及半月形支撑构件，能够在受到外部压力或振动激励时发生逐层的变形压缩，即提升动能采集器的灵敏度，进一步提高动能采集效率。
附图说明
图1为V形凹槽、聚合物薄膜上表面覆盖上电极的动能采集器结构示意图；
图2为图1所示动能采集器的压缩变形示意图；
图3为图1所示动能采集器的组合式结构示意图；
图4为图3所示组合式动能采集器的压缩变形示意图；
图5为弧形凹槽、聚合物薄膜上表面覆盖上电极的动能采集器结构示意图；
图6为图5所示动能采集器的压缩变形示意图；
图7为图5所示动能采集器的组合式结构示意图；
图8为图7所示组合式动能采集器的压缩变形示意图；
图9为V从凹槽、聚合物薄膜下表面覆盖下电极的动能采集器结构示意图；
图10为图9所示动能采集器的压缩变形示意图；
图11为图9所示动能采集器的组合式结构示意图；
图12为图11所示组合式动能采集器的压缩变形示意图；
图13为弧形凹槽、聚合物薄膜下表面覆盖下电极的动能采集器结构示意图；
图14为图13所示动能采集器的压缩变形示意图；
图15为图13所示动能采集器的组合式结构示意图；
图16为图15所示组合式动能采集器的压缩变形示意图；
图中标记说明：1、面板，2、半月形支撑构件，3、弹性连接构件，4、上电极，5、聚合物薄膜，6、下电极，7、凹槽，8、上电极引线，9、下电极引线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明提出了一种可组合的静电式动能采集器，包括自上而下依次设置的面板1、半月形支撑构件2、上电极4、聚合物薄膜5、下电极6和凹槽7，半月形支撑构件2固定于面板1的底部，面板1底部的两端与上电极4的两端之间设有弹性连接构件3，上电极4和下电极6分别连接有上电极引线8和下电极引线9，其中，凹槽7可为V形凹槽或弧形凹槽，上电极4可覆盖于聚合物薄膜5的上表面，以共同构成驻极体薄膜，或者下电极6可覆盖于聚合物薄膜5的下表面，以共同构成驻极体薄膜，因此，本发明提出的静电式动能采集器可分为四种单结构形式，以下通过制备过程的说明，以详细阐述这四种单结构形式的动能采集器：
实施例一
V形凹槽、聚合物薄膜上表面覆盖上电极的动能采集器，其制备过程具体为：
(1)选取一种合适的聚合物材料(如PTFE、FEP、PET、PE、PP等)，通过流延、压印、浇注的方法制成高弹性的聚合物薄膜5，该聚合物薄膜5为波浪形结构；
(2)通过真空蒸镀法在聚合物薄膜5的一个表面覆盖一层导电电极，即为上电极4，上电极4和聚合物薄膜5共同构成驻极体薄膜；
(3)通过电晕极化、接触法充电、离子注入或电子束注入的方法向聚合物薄膜5未覆盖电极的自由面表面注入真实负电荷；
(4)选取一种热塑性材料(如PET、PE、PVC、PP、TPV、PC、TPU等)或金属材料(Al、Au、不锈钢等)，通过加工工序制成凹槽7，凹槽7为V形结构；
(5)在热塑性材料制成的V形凹槽7内表面覆上导电电极，即为下电极6(若V形凹槽7为金属材料制成，则省略此步骤，因为金属材料支撑的凹槽7的内表面即为下电极6)；
(6)将带有真实负电荷的聚合物薄膜5未覆盖电极的自由面朝向V形凹槽7，并将其两端粘贴在V形凹槽7的两端；
(7)在上电极4顶部的两端分别固定一块高弹柔性材料作为弹性连接构件3；
(8)在柔性(或刚性)面板1的下表面粘贴一块半月形支撑构件2，并将面板1底部的两端与弹性连接构件3连接；
(9)从上电极4和下电极6分别引出上电极引线8和下电极引线9，最终得到如图1所示的静电式动能采集器件。
如图2所示，当该动能采集器受到外部的压力(或振动激励)时，弹性连接构件3被压缩，柔性(或刚性)面板1带动着半月形支撑构件2下移，引起聚合物薄膜5发生形变；当外部压力(或振动)载荷消失时，动能采集器中的各部件均恢复至原始状态。
如图3所示，通过上下翻转后堆叠以及左右平铺连接的方式，可以实现多个动能采集器件的无空隙组合，在制备组合式动能采集器时，只需将聚合物薄膜5与面板1的尺寸根据实际需求统一加大，采用热塑料加工出锯齿形的凹槽(即多个V形凹槽相互连接形成锯齿形凹槽)，并在凹槽上下两面都覆盖导电电极(用金属材料加工出锯齿形凹槽则无需覆电极)，以作为下电极，用半月形支撑构件2以及弹性连接构件3将各部件合理连接，然后将各个驻极体薄膜的导电层相连并引出上电极引线，将热塑料锯齿形凹槽上下表面的导电层相连(或直接从金属锯齿形凹槽表面)引出下电极引线即可，组合式动能采集器受到外部的压力(或振动激励)后发生的压缩变形如图4所示，此时该组合件内部数个动能采集装置同时工作，动能采集组合模型的工作效率与其有效工作面积线性正相关。
本实施例中，在制备组合式动能采集器时，主要包括以下步骤：
(1)将具有周期性沟槽结构的金属模板固定在一块平行钢板上，然后将FEP薄膜粘贴在模板上，在上面依次放置软橡胶膜、硅橡胶以及另一平行钢板，将堆叠好的材料和模具放进平板硫化机中并在30℃、2Mpa的条件下热压4min，得到两片具有凹凸微结构的高弹性FEP薄膜；
(2)通过真空蒸镀法在高弹性FEP薄膜的一面覆上厚度为100nm的铝膜作为导电上电极；
(3)通过带栅网的电晕极化系统(栅网电压-1kV、电晕电压-10kV、充电时间5min)对高弹性FEP薄膜未覆电极的自由面进行负电晕充电；
(4)通过高温吹塑法用PET热塑料制成一锯齿形凹槽构件；
(5)在PET热塑料锯齿形凹槽构件的上下表面贴上双面导电胶；
(6)通过未覆电极的自由面分别将两片带有负电荷的高弹性FEP薄膜粘贴在锯齿形凹槽构件的上下表面；
(7)利用PET热塑料通过高温吹塑法制出若干个空心半月形支撑构件，裁剪出若干尺寸合适的立方体高回弹海绵块；
(8)将空心半月形支撑构件与高回弹海绵块穿插着粘贴在两块PET塑料薄平行板表面，并将两块面板通过高回弹海绵与粘贴了高弹性FEP薄膜的锯齿形凹槽构件对应位置相连；
(9)将两片高弹性FEP薄膜的导电层相连并引出上电极引线，将锯齿形凹槽构件上下表面的导电层相连并引出下电极引线，最终得到静电式动能采集器的组合件。
实施例二
弧形凹槽、聚合物薄膜上表面覆盖上电极的动能采集器，其制备过程与实施例一的单结构动能采集器制备过程相近，区别在于步骤(4)中凹槽7为弧形结构，具体如图5所示。同样的，当动能采集器受到外部压力(或振动激励)后，会发生如图6所示的压缩变形，而通过上下翻转后堆叠以及左右平铺的方式，可以将多个动能采集器件组合在一起，得到如图7所示的组合式动能采集器，上下堆叠在一起的两个单结构动能采集器中，上方动能采集器的弧形凹槽还能够起到代替半月形支撑构件的作用，因此这样的组合方式进一步减小了整个组合式动能采集器的体积，当该组合式动能采集器受到外部的压力(或振动激励)时会发生如图8所示逐层的变形压缩，在实际应用中，可根据需要增加单结构动能采集器的堆叠层数以及增大平铺的面积。
本实施例中，在制备组合式动能采集器时，主要包括以下步骤：
(1)将具有周期性沟槽结构的金属模板固定在一块平行钢板上，然后将FEP薄膜粘贴在模板上，在上面依次放置软橡胶膜、硅橡胶以及另一平行钢板，将堆叠好的材料和模具放进平板硫化机中并在30℃、2Mpa的条件下热压4min，得到若干片具有凹凸微结构的高弹性FEP薄膜；
(2)通过真空蒸镀法在高弹性FEP薄膜的一面覆上厚度为100nm的铝膜作为导电上电极；
(3)通过带栅网的电晕极化系统(栅网电压-1kV、电晕电压-10kV、充电时间5min)对高弹性FEP薄膜未覆电极的自由面进行负电晕充电；
(4)通过注塑、基础、压延等方法用TPU材料制出两片薄平行面板、若干个类波浪形凹槽构件、若干个半月形支撑构件；
(5)在TPU热塑料波浪形凹槽构件的凹面贴上双面导电胶；
(6)通过未覆电极的自由面将带有负电荷的高弹性FEP薄膜粘贴在波浪形凹槽构件上；
(7)将若干个粘贴了高弹性FEP薄膜的波浪形凹槽构件上下堆叠起来并用高回弹海绵块连接；
(8)在一片TPU平行面板上穿插粘贴半月形支撑构件与高回弹海绵块后将其固定在堆叠好的组合件上表面，并用高回弹海绵块将另一片TPU平行面板与组合件下表面相连；
(8)将所有高弹性FEP薄膜的导电层相连并引出上电极引线，将所有波浪形凹槽构件的导电层相连并引出下电极引线，最终得到静电式动能采集器的组合件。
实施例三
V形凹槽、聚合物薄膜下表面覆盖下电极的动能采集器，其制备过程具体为：
(1)选取一种合适的聚合物材料(如PTFE、FEP、PET、PE、PP等)制成聚合物薄膜5；
(2)通过真空蒸镀法在聚合物薄膜5的一个表面覆盖一层导电电极，即为下电极6，下电极6和聚合物薄膜5共同构成驻极体薄膜；
(3)通过电晕极化、接触法充电、离子注入或电子束注入等方法向聚合物薄膜5未覆盖电极的自由面表面注入真实负电荷；
(4)选取一种热塑性材料(如PET、PE、PVC、PP、TPV、PC、TPU等)通过加工工序制成凹槽7，凹槽7为V形结构；
(5)将带有真实负电荷的聚合物薄膜5覆盖电极的一面朝向并贴合固定在V形凹槽7的内表面；
(6)选取导电薄膜材料(如纳米银线硅橡胶、石墨烯等)，通过加工工序制成高弹性的导电薄膜，以作为上电极4，并将其固定在V形凹槽7的两端；
(7)在上电极4顶部的两端分别固定一块高弹柔性材料作为弹性连接构件3；
(8)在柔性(或刚性)面板1的下表面粘贴一块半月形支撑构件2，并将面板1的两端与弹性连接构件3连接；
(9)从上电极4和驻极体薄膜的导电层(即下电极6)分别引出上电极引线8和下电极引线9，最终得到如图9所示的静电式动能采集器件。
如图10所示，当该单结构动能采集器受到外部的压力(或振动激励)时，弹性连接构件3被压缩，柔性(或刚性)面板1带动着半月形支撑构件2下移，引起高弹导电薄膜形式的上电极4发生形变。类似地，通过上下翻转后堆叠以及左右平铺的方式可以实现如图11所示多个单结构动能采集器的无空隙组合。制备该组合式动能采集器时，只需将高弹导电薄膜、驻极体薄膜以及柔性(刚性)面板1的尺寸统一加大，用热塑料加工出锯齿形的凹槽支撑构件并在其上下两面都覆上驻极体薄膜，用半月形支撑构件以及高弹柔性材料将各部件合理连接，然后将各高弹导电薄膜相连并引出上电极引线，将各驻极体薄膜的导电层相连并引出下电极引线即可，该组合式动能采集器受到外部的压力(或振动激励)后，会发生如图12所示的压缩变形。
本实施例中，在制备组合式动能采集器时，主要包括以下步骤：
(1)通过真空蒸镀法在FEP薄膜的一面覆上厚度为100nm的铝膜作为导电电极；
(2)通过带栅网的电晕极化系统(栅网电压-1kV、电晕电压-10kV、充电时间5min)对FEP薄膜未覆电极的自由面进行负电晕充电；
(3)通过高温吹塑法用PET热塑料制成锯齿形凹槽构件；
(4)分别将两片带有负电荷的FEP驻极体薄膜粘贴在锯齿形凹槽构件的上下表面；
(5)用纳米银线硅橡胶材料加工出两片具有凹凸微结构的高弹性导电薄膜，并将其固定在锯齿形凹槽构件的上下位置；
(6)利用PET热塑料通过高温吹塑法制出若干个空心半月形支撑构件，裁剪出若干尺寸合适的立方体高回弹海绵块；
(7)将空心半月形支撑构件与高回弹海绵块穿插着粘贴在两块PET塑料薄平行板表面，并将两块面板通过高回弹海绵与锯齿形凹槽构件的对应位置相连；
(8)将两片纳米银线硅橡胶高弹导电薄膜相连并引出上电极引线，将两片FEP驻极体薄膜的导电层相连并引出下电极引线，最终得到组合式动能采集器。
实施例四
弧形凹槽、聚合物薄膜下表面覆盖下电极的动能采集器，其制备过程与实施例三的单结构动能采集器制备过程相近，区别在于步骤(4)中凹槽7为弧形结构，具体如图13所示。同样地，当该单结构动能采集器受到外部压力(或振动激励)后会发生如图14所示的压缩变形，而通过上下翻转后堆叠以及左右平铺的方式，可以将多个单结构动能采集器件组合形成如图15所示的组合式动能采集器，当该组合式动能采集器受到外部的压力(或振动激励)时，则会发生如图16所示的逐层变形压缩。
综上所述，本发明提出了一种可组合的、基于驻极体的静电式动能采集器及其制备方法，该动能采集器由高弹性驻极体薄膜、V形(或弧形)凹槽、半月形支撑构件、柔性(或刚性)面板、高弹性柔性连接构件组合而成。由于该动能采集器的结构简单且体积较小，因此可将多个动能采集器排列组合集成在一起，构成一个具有较高工作效率的组合式动能采集器。根据实际的应用场景可以简单方便地调整组合件的形状与大小，因而能够使其具有更好的适用性以及更高的能量采集效率。本发明中的高弹性驻极体薄膜部分也可以用高弹性电极替换，同时将V形(或弧形)支撑构件上的导电电极用单面带电极的驻极体膜替代。采用本发明提供的方法制备而成的成品器件具有轻巧灵活、灵敏度高、制造成本低、安装灵活、适用范围广等特点，可安装于地板、楼梯、闸机口、鞋底、步道、公路等场合，以将各种动能转化为有用电能，为低功耗电子设备和无线传感网络节点提供能源。
Claims (10)
1.一种可组合的静电式动能采集器，其特征在于，包括自上而下依次设置的面板(1)、半月形支撑构件(2)、驻极体薄膜和凹槽(7)，所述半月形支撑构件(2)固定于面板(1)底部，所述驻极体薄膜的下表面朝向凹槽(7)内表面，所述驻极体薄膜具体为一个表面覆盖有一层电极的聚合物薄膜(5)，若聚合物薄膜(5)的上表面覆盖有一层上电极(4)，则所述聚合物薄膜(5)的下表面内部注入有负电荷，所述凹槽(7)的内表面覆盖有下电极(6)；
若聚合物薄膜(5)的下表面覆盖有一层下电极(6)，则所述聚合物薄膜(5)的上表面内部注入有负电荷，所述聚合物薄膜(5)的上表面与面板(1)底部之间设有上电极(4)；
所述面板(1)底部的两端与上电极(4)之间设有可压缩回弹的弹性连接构件(3)，所述上电极(4)和下电极(6)分别连接有上电极(4)引线和下电极(6)引线，将多个静电式动能采集器上下翻转后进行堆叠及左右平铺连接，即可得到无空隙的组合式动能采集器。
2.根据权利要求1所述的一种可组合的静电式动能采集器，其特征在于，所述面板(1)具体为柔性面板或刚性面板。
3.根据权利要求1所述的一种可组合的静电式动能采集器，其特征在于，所述凹槽(7)具体为V形凹槽或弧形凹槽。
4.根据权利要求1所述的一种可组合的静电式动能采集器，其特征在于，所述凹槽(7)采用热塑性材料或附带绝缘层的金属材料。
5.根据权利要求1所述的一种可组合的静电式动能采集器，其特征在于，若所述驻极体薄膜为上表面覆盖有一层上电极(4)的聚合物薄膜(5)，则所述聚合物薄膜(5)为波浪形结构的高弹性聚合物薄膜(5)，所述聚合物薄膜(5)的两端固定粘贴在凹槽(7)的两端，所述上电极(4)与聚合物薄膜(5)共同构成高弹性驻极体薄膜；
当受到外部压力或振动激励时，弹性连接构件(3)被压缩，面板(1)带动半月形支撑构件(2)下移，使上电极(4)和聚合物薄膜(5)发生形变，当外部压力或振动载荷消失时，弹性连接构件(3)回弹至原样，面板(1)带动半月形支撑构件(2)上移，使上电极(4)和聚合物薄膜(5)恢复至原始状态。
6.根据权利要求1所述的一种可组合的静电式动能采集器，其特征在于，若所述驻极体薄膜为下表面覆盖有一层下电极(6)的聚合物薄膜(5)，则所述上电极(4)为波浪形结构的高弹性导电薄膜，所述聚合物薄膜(5)固定贴合于凹槽(7)的内表面，所述下电极(6)与聚合物薄膜(5)共同构成驻极体薄膜；
当受到外部压力或振动激励时，弹性连接构件(3)被压缩，面板(1)带动半月形支撑构件(2)下移，使上电极(4)发生形变，当外部压力或振动载荷消失时，弹性连接构件(3)回弹至原样，面板(1)带动半月形支撑构件(2)上移，使上电极(4)恢复至原始状态。
7.一种如权利要求1所述静电式动能采集器的制备方法，其特征在于，若动能采集器的驻极体薄膜为上表面覆盖有一层上电极(4)的聚合物薄膜(5)，则该动能采集器的制备方法包括以下步骤：
S1、选用聚合物材料，通过流延、压印及浇注的方式制成聚合物薄膜(5)，该聚合物薄膜(5)为波浪形结构；
S2、采用真空蒸镀法，在聚合物薄膜(5)的一个表面覆盖一层导电电极，即为上电极(4)；
S3、通过电晕极化、接触法充电、离子注入或电子束注入的方式，向聚合物薄膜(5)未覆盖电极的自由表面注入真实负电荷；
S4、选用热塑性材料或金属材料，以加工得到凹糟；
S5、若凹槽(7)为热塑性材料，则在凹槽(7)内表面覆盖一层导电电极，即为下电极(6)，若凹槽(7)为金属材料，则无需执行此步骤，凹槽(7)的内表面即为下电极(6)；
S6、将聚合物薄膜(5)注入真实负电荷的表面朝向凹槽(7)内表面，将聚合物薄膜(5)的两端粘贴在凹槽(7)的两端；
S7、在面板(1)的底部粘贴半月形支撑构件(2)，将弹性连接构件(3)的一端分别固定安装在上电极(4)的两端，将弹性连接构件(3)的另一端分别固定安装在面板(1)底部的两端；
S8、从上电极(4)引出上电极(4)引线，从下电极(6)引出下电极(6)引线，即得到静电式动能采集器。
8.一种如权利要求1所述静电式动能采集器的制备方法，其特征在于，若动能采集器的驻极体薄膜为下表面覆盖有一层下电极(6)的聚合物薄膜(5)，则该动能采集器的制备方法包括以下步骤：
S1、选用聚合物材料，制成聚合物薄膜(5)；
S2、通过真空蒸镀法，在聚合物薄膜(5)的一个表面覆盖一层导电电极，即为下电极(6)；
S3、通过电晕极化、接触法充电、离子注入或电子束注入的方式，向聚合物薄膜(5)未覆盖电极的一个表面注入真实负电荷；
S4、选用热塑性材料或金属材料，以加工得到凹糟；
S5、将聚合物薄膜(5)覆盖有下电极(6)的一面贴合固定于凹槽(7)内表面；
S6、选用导电薄膜材料，以加工得到具有高弹性的上电极(4)，该上电极(4)为波浪形结构，并将上电极(4)底部的两端固定在凹槽(7)的两端；
S7、在面板(1)的底部粘贴半月形支撑构件(2)，将弹性连接构件(3)的一端分别固定安装在上电极(4)顶部的两端，将弹性连接构件(3)的另一端分别固定安装在面板(1)底部的两端；
S8、从上电极(4)引出上电极(4)引线，从下电极(6)引出下电极(6)引线，即得到静电式动能采集器。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中凹槽(7)为V形凹槽或弧形凹槽，当弧形凹槽采用金属材料时，弧形凹槽的外表面覆盖有绝缘层；
所述聚合物材料具体为PTFE、FEP、PET、PE或PP；
所述热塑性材料具体为PET、PE、PVC、PP、TPV、PC或TPU。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述导电薄膜材料具体为纳米银线硅橡胶或石墨烯。
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