一種摩擦發電的製造方法

2023-04-30 00:44:26 4

一種摩擦發電的製造方法
【專利摘要】本發明提供一種摩擦發電機。其包括第一基板、第二基板，彈性部件，所述第一基板與第二基板相對設置，通過彈性部件支撐連接；在第一基板上與第二基板相對的方向依次設置有第一支撐材料層、第一電極層、第一高分子聚合物絕緣層；在第二基板上與第一基板相對的方向依次設置有第二支撐材料層、第二電極層、第二高分子聚合物絕緣層；其中所述第一支撐材料層和第二支撐材料層在垂直於基板方向的截面為鋸齒狀。本發明還提供包括兩個或兩個以上串聯或並聯的所述的摩擦發電機的摩擦發電機組。
【專利說明】一種摩擦發電機

【技術領域】
[0001]本發明涉及納米【技術領域】，尤其涉及一種摩擦發電的納米發電機領域。

【背景技術】
[0002] ^納米技術構建的能量收集和轉換裝置，在自供電納米系統中起關鍵作用，由 於其環保)節能、自驅動性質而日益受到廣泛關注。隨著王中林教授研究組研發的壓電納米 發電機首次將機械能轉換為電能以來，以壓電和摩擦電為基礎的不同結構和材料的納米發 電機相繼問世。目前，納米發電機已能夠驅動小型液晶顯示屏、低功率發光二極體以及微型 電子器件和模塊等，但是發電機的輸出功率仍然是制約其發展和應用的關鍵因素。
[0003]因此，尋找能夠高功率輸出的納米發電機成為業界目前亟待解決的技術問題。


【發明內容】

[0004]本發明解決的技術問題是提供一種高功率輸出的摩擦發電機及其製備方法。
[0005]具體來說，本發明通過如下技術方案解決上述技術問題的。
[0006] -種摩擦發電機，包括第一基板、第二基板，彈性部件，所述第一基板與第二基板 相對設置，通過彈性部件支撐連接；在第一基板上與第二基板相對的方向依次設置有第一 支撐材料層、第一電極層、第一高分子聚合物絕緣層；在第二基板上與第一基板相對的方向 依次設置有第二支撐材料層、第二電極層、第二高分子聚合物絕緣層；其中所述第一支撐材 料層和第二支撐材料層在垂直於基板方向的截面為鋸齒狀。
[0007] 其中所述鋸齒是三角形、長方形、正方形或梯形。
[0008] 其中所述第一支撐材料層和第二支撐材料層在垂直於基板方向的截面為鋸齒狀， 鋸齒狀為三角形或梯形時，第一支撐材料層的第一傾角大於第二支撐材料層的第二傾角。
[0009] 其中所述第一支撐材料層硬度低於第二支撐材料層。
[0010] 其中所述第一支撐材料層的的材料選自發泡材料或彈性材料，優選為海綿和/或 泡沫。
[0011] 其中所述第二支撐材料層的材料選自亞克力、玻璃、不鏽鋼、陶瓷或聚四氟乙烯中 的任一種。
[0012] 其中所述第一基板和第二基板選自亞克力、玻璃、不鏽鋼、陶瓷、高分子聚合物材 料中的一種或幾種，或其它具有力學剛性的材料。
[0013] 所述第一電極層和第二電極層選自鍍有銦錫金屬氧化物的聚對苯二甲酸乙二醇 酯（PET)層，具有電傳導性的金屬或合金層、石墨烯塗層、銀納米線塗層、或其他透明導電膜 中任一種。導電膜優選為鋁摻雜鋅氧化物（ΑΖ0)、氟摻雜錫氧化物（FT0);優選的金屬可以是 金、銀、鉑、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、錫、鐵、錳、鉬、鎢或釩；優選的合金可以是鋁合金、鈦合金、 鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、錳合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、鉍合金、銦合金、 鎵合金、鎢合金、鉬合金、鈮合金或鉭合金。
[0014] 其中所述第一高分子聚合物絕緣層材料或第二高分子聚合物絕緣層材料選自聚 二甲基矽氧烷、聚四氟乙烯、聚醯亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄 膜、聚醯胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄 膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維(再生）海綿薄膜、聚氨酯彈 性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚丙烯酸酯 聚合物薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚異丁烯薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛 薄膜、甲醛苯酚縮聚物薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯 腈薄膜、丙烯腈氯乙烯共聚物薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸鹽中的任一種，或摻雜氧化鋅納米 線且具有微孔結構的聚偏氟乙烯中的任一種。
[0015] 其中所述第二高分子聚合物絕緣層的組成材料優選人造纖維、聚酯纖維、或具有 微孔結構的纖維中的任一種。
[0016] 其中所述彈性部件為彈簧；優選彈簧選自金屬、合金或彈性塑料材料中的任一種。
[0017] 本發明的摩擦發電機還包含輸出電極端，其分別連接到第一電極層或第二電極 層。
[0018] 本發明還提供一種摩擦發電機組，包括兩個或兩個以上串聯或並聯的所述的摩擦 發電機。
[0019] 本發明的有益效果如下：
[0020] 本發明提供的具有鋸齒狀結構的摩擦發電機，其主要技術優勢包括如下幾個方 面。
[0021] (1)現有的彈簧平面結構納米發電機，其兩個摩擦面的接觸面積受到發電機尺寸 的嚴格限制，而發電機摩擦面的接觸面積直接決定了其輸出功率，本發明提供的具有鋸齒 狀結構的單層或多層摩擦發電機，具有更高的輸出功率；
[0022] (2)本發明提供的發電機在相同外形尺寸情況下，具有更大的接觸面積，從而能夠 輸出更高功率。
[0023] (3)本發明提供的摩擦發電機，其在摩擦過程中耦合了兩種不同的摩擦方式：與器 件靜電場方向垂直的摩擦方式、與器件靜電場方向平行的摩擦方式。因此可以產生更大的 輸出功率。
[0024] (4)本發明的摩擦發電機相比傳統的彈簧結構和疊層複合結構，其製備工序簡單， 結構具有更高的優越性。
[0025]與常規單層結構相比，輸出功率有一定提高，相同大小的基板輸出電流要高48微 安以上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發明摩擦發電機的一種【具體實施方式】； Π 7] 第=織，2-第-支獅觀，3_第-電觀，4'第-高肝聚合物絕緣 第二支撐材料層，8-第二電_，9-第二高分子聚合物絕
[0028]圖2為本發明摩擦發電機的摩擦方向受力圖解；
[0029] ? 3a和圖sb為本發明摩擦發電機的另一種具體實施方 _〇] ? 4a糊4b為本·雜發電棚另-種難實施方'
[0031] 圖和圖5b為本發明摩擦發電機的另一種【具體實施方式】；
[0032]圖6實施例1的摩擦發電機與對比例1的摩擦發電機的電流輸出結果。

【具體實施方式】
[0033]為了充分說明本發明解決技術問題所實施使用的技術方案。下面對本發明做詳細 說明，但本發明的技術方案和保護範圍並不僅僅限於此。 K
[0034]本發明提供了一種新的摩擦發電機，其是通過在基板設置不同形狀的支撐材料的 契合，從而使兩層高分子聚合絕緣層之間進行較好地摩擦發電而產生高功率的電流。通過 對基板施加一'定的壓力，如雨滴、腳踩等廣生的壓力，其能夠使第一基板受到壓力，第一支 撐材料產生變形，由於兩鋸齒支撐材料的力學性能差異，柔軟的第一鋸齒材料屈服變形，兩 層高分子聚合物絕緣層緊密接觸摩擦；從而使第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合 物絕緣層接觸進行摩擦產生電流，隨著兩層高分子聚合物絕緣層接觸面積增大，摩擦力的 増大，電流增大，最終可以輸出較大的電流。
[0035]在一種優選的實施方式中，本發明所涉及的摩擦發電機，為一種具有鋸齒狀截面 結構的發電機，其結構如圖1。
[0036] -種摩擦發電機，包括第一基板（1 )、第二基板（6),彈性部件（11 )，所述第一基板 與第一基板相對設置，通過彈性部件支撐連接；在第一基板上與第二基板相對的方向依次 設置有第一支撐材料層（2)、第一電極層（3)、第一高分子聚合物絕緣層（4);在第二基板上 與第一基板相對的方向依次設置有第二支撐材料層（7)、第二電極層（8)、第二高分子聚合 物絕緣層（9)，其中所述第一支撐材料層和第二支撐材料層在垂直於基板方向的截面為鋸 齒狀，所述第一鋸齒的角度為第一傾角（ 5)，所述第二鋸齒角度為第二傾角（10)，其中，要 求第一傾角大於第二傾角。其中所述第一支撐材料層和第二支撐材料層的在垂直於基板方 向的截面為鋸齒狀，所述鋸齒狀是三角形、長方形、正方形或梯形。當截面為三角形時，可以 是鈍角三角形，直角三角形或銳角三角形，所述的支撐材料層形成的凸起（或凹陷）可以是 陣列分布，也可以是條形分布；具體來說，支撐材料層的形狀為陣列分布的四稜錐或呈條狀 分布的三稜柱。所述鋸齒為長方形或正方形時，支撐材料層的形狀為呈陣列分布的長方體、 正方體、圓柱體或條狀分布截面為長方形或正方形的四稜柱，所述鋸齒為梯形時，支撐材料 層的形狀為成陣列分布的四稜台或呈條狀分布的截面為梯形的四稜柱。
[0037]在一種具體實施^式中，本發明的摩擦發電機，其主要包含：第一基板、第一支撐 材料層、第一電極層、第一高分子聚合物絕緣層、第二高分子聚合物絕緣層、第二電極層、第 二支撐材料層、第二基板、電極引線、彈性固件，優選彈簧。
[0038]在一種【具體實施方式】中，第一基板和第二基板為選自亞克力基底、玻璃基底、不鎊 鋼基底、陶瓷基底、或高分子聚合物材料基底中的一種，或其他具有力學剛性的基板。
[0039]在一種【具體實施方式】中，所述第一電極層和第二電極層選自鍍有銦錫金屬氧化物 的聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET)層，具有電傳導性的金屬或合金層、石墨烯塗層、銀納米線 塗層、或其他透明導電膜中任一種。在一種【具體實施方式】中，所述高分子層可以是聚四氟乙 稀、PET塑料、聚醯亞胺薄膜、或摻雜氧化鋅納米線且具有微孔結構的聚偏氟乙烯等高分子 材料中的一種。
[0040]在一種【具體實施方式】中，第二高分子層採用具有微孔結構的人造纖維，還可以是 聚酯纖維、其他具有微孔結構的纖維素中的一種。
[0041]在一種【具體實施方式】中，所述摩擦發電機還包括四個彈簧，所述彈簧採用金屬材 質、合金材質或其他彈性塑料材質。
[0042]在一種【具體實施方式】中，所述第一支撐材料層為質地較軟、易形變且具有一定力 學支撐性能的海綿、泡沫等。
[0043]在一種【具體實施方式】中，所述第二支撐材料層為質地較堅硬的亞克力、玻璃、不鏽 鋼、陶瓷或具有一定硬度的高分子聚合物材料等。
[0044] 使用玻璃，不鏽鋼、陶瓷或聚四氟乙烯等材料作為第二支撐材料時，可以通過定製 相應形狀凸起的模板來實現。
[0045] 在一種【具體實施方式】中，所述第一鋸齒的角度為第一傾角，所述第二鋸齒角度為 第二Μ角，其中，要求第一傾角大於第二傾角，上基板受壓力,第一高分子聚合物絕緣層和 第二高分子聚合物絕緣層接觸時，由於兩鋸齒支撐材料的力學性能差異，柔軟的第一鋸齒 材料屈服變形，兩層高分子聚合物絕緣層緊密接觸摩擦。
[0046]在一種【具體實施方式】中，本發明的摩擦發電機結構可以適用三層結構摩擦發電 機，所述摩擦發電機為依次層疊設置的第一電極，第一高分子聚合物絕緣層，以及第二電 極；例如依次層疊設置的鋁/PDMS/銀結構，鋁作為摩擦層和電極層，p DMS與鋁相對的面上 設置有鋸齒結構從而形成三層結構的摩擦發電機。本發明摩擦發電機的製備方法如下：
[0047] (1)取兩塊正方形亞克力板作為第一基板和第二基板，其尺寸相同，在兩塊正方形 基板的四角鑽四個洞用於安裝彈簧。
[0048] (2)將第一支撐材料層粘結到步驟（1)製備的第一基板上，將第一高分子聚合物絕 緣層材料塗覆在具有=定厚度、可彎折的第一電極層(如金屬箔）表面上進行固化得到複合 的第一電極層/第一高分子聚合物絕緣層，之後將固化後的第一電極層/第一高分子聚合 物絕緣層設置在支撐材料表面；同樣地，將第二高分子聚合物絕緣層材料塗覆在具有一定 厚度、可彎折的第二電極層（如金屬箔）表面上進行固化得到複合的第二電極層/第二高分 子聚合物絕緣層，之後將固化後的第二電極層/第二高分子聚合物絕緣層設置在支撐材料 表面。
[0049]其中第二支撐材料層上凸起的形成可以根據不同的材料採用不同的方法製備得 至IJ。如當材料是不鏽鋼時，可以通過模板進行彎折得到具有凸起的第二支撐材料層。
[0050] (3)將步驟（2)得到具有各層結構的第一基板的四角安裝彈簧，後將步驟（2)製備 的具有各層結構的第二基板通過彈簧與第一基板相連，得到高分子聚合物絕緣層相對的摩 擦發電機。
[0051]在一種具體的實施方式中，本發明摩擦發電機的製備方法如下：
[0052] (1)取兩塊正方形亞克力板作為第一基板和第二基板，其尺寸相同，在兩塊正方形 基板的四角鑽四個洞用於安裝彈簧。
[0053] (2)將第一支撐材料層粘結到步驟（1)製備的第一基板上，將第一高分子聚合物材 料製備高分子絕緣層(基於不同的第一高分子聚合物絕緣層的材料採用不同的製備方法進 行製備)，然後將第一電極層材料通過磁控濺射(或熱蒸鍍、絲網印刷等）設置在第一高分子 聚合物絕緣層表面 ：^形成複合的第一電極層/第一高分子聚合物絕緣層；之後將複合後的 第一電極層/第一高分子聚合物絕緣層設置在第一支撐材料表面；同樣地，將第二高分子 聚合物材料製備高分子絕緣層(基於不同的第二高分子聚合物絕緣層的材料採用不同的制 備方法進行製備)，然後將第二電極層材料通過磁控濺射(或熱蒸鍍、絲網印刷等）設置在第 二高分子聚合物絕緣層表面上形成複合的第二電極層/第二高分子聚合物絕緣層；之後將 複合後的第二電極層/第二高分子聚合物絕緣層設置在第二支撐材料表面。
[0054] (3)將步驟（2)得到具有各層結構的第一基板的四角安裝彈簧，後將步驟（2)製備 的具有各層結構的第二基板通過彈簧與第一基板相連，得到高分子聚合物絕緣層相對的摩 擦發電機。
[0055]在一種具體的【具體實施方式】中，本發明摩擦發電機的製備方法如下：
[0056] (1)取兩塊正方形亞克力板作為第一基板和第二基板，其尺寸相同，在兩塊正方形 基板的四角鑽四個洞用於安裝彈簧。
[0057] (2)將第一支撐材料層粘結到步驟（1)製備的第一基板上，另取一塊pet板，將第 一電極層鍍在PET板上，後將第一高分子聚合物絕緣層材料鍍在第一電極層上，然後將上 述鍍有電極層和高分子聚合物絕緣層的PET板設置在第一支撐材料層上。同樣地，另取一 塊PET板，將第二電極層鍍在PET板上，後將第二高分子聚合物絕緣層材料鍍在第二電極層 上，然後將上述鍍有第二電極層和第二高分子聚合物絕緣層的PET板設置在第二支撐材料 層上。
[0058] ( 3)將步驟（2)得到具有各層結構的第一基板的四角安裝彈簧，後將步驟（2)製備 的具有各層結構的第二基板通過彈簧與第一基板相連，得到高分子聚合物絕緣層相對的摩 擦發電機。
[0059] 下面通過具體的實施例來闡述本發明的方法的實施，本領域技術人員應當理解的 是，這不應理解為對本發明權利要求保護範圍的限制。
[0060] 實施例
[0061] 下面對本發明實施例中的測定方法以及材料來源進行說明。
[0062] 電流和電壓的測定方法：將製備的摩擦發電機器件的兩個電極輸出引線連接在 SR570測試設備的兩個輸入端，手掌沿垂直基板方向輕按、釋放器件的其中一個基板，使摩 擦發電機的兩個摩擦層接觸、分離，在本發明實施例中均是通過在第一基板上放置產生10N 重力的物體實現的。
[0063] 實施例1
[0064] 如圖1所示製備摩擦發電機
[0065] (1)取兩塊正方形的亞克力板作為第一基板和第二基板，其尺寸10cm*10cm*lcm， 在兩塊正方形基板的四角鑽四個洞用於安裝彈簧。
[0066] (2)將海綿粘結到步驟（1)製備的第一基板上，所述海綿凸起的形狀為正四稜 錐（即正四稜錐的底面與正四稜錐的側面之間的二面角為60度)，正四稜錐底面尺寸為 2mm*2Cm，正四稜錐之間以共同邊依次設置；將亞克力粘結到步驟（1)製備的第二基板上， 所述亞克力凹陷的形狀為正四稜錐，其中正四稜錐的底面與四稜錐的側面之間的二面角為 6 2度，正四稜錐底面的邊長為正四稜錐之間以共同邊依次設置。將聚四氟乙烯通 過均勻塗覆在PE板上，後將固化後的聚四氟乙烯層取下，然後將金屬鋁通過磁控濺射設置 在聚四氟乙烯層表面上形成複合的第一電極層/第一高分子聚合物絕緣層；之後將複合後 的第一電極層/第一高分子聚合物絕緣層設置在第一支撐材料泡沫表面；同樣地，將人造 纖維平壓為人造纖維層，然後將金屬鋁磁控濺射在人造纖維層的表面上形成複合的第二電 極層/第二高分子聚合物絕緣層；之後將複合後的第二電極層/第二高分子聚合物絕緣層 設置在第二支撐材料的亞克力表面。
[0067] (3 )將步驟（2 )得到具有各層結構的第一基板的四角安裝彈簧，後將步驟（2 )製備 的具有各層結構的第二基板通過彈簧與第一基板相連，得到高分子聚合物絕緣層相對的摩 擦發電機1#。
[0068] 通過接觸壓力為10N時，用萬用表測定該摩擦發電機的開路電壓和電流，結果見 表1，測定峰值電流結果見圖6。
[0069] 實施例2
[0070] 如圖3a和圖3b所示製備摩擦發電機，其中，圖3a為所製備摩擦發電機立體圖，圖 3b為所製備摩擦發電機平面圖。
[0071] (1)取兩塊正方形的亞克力板作為第一基板和第二基板，其尺寸10cm*10cm*lcm， 在兩塊正方形基板的四角鑽四個洞用於安裝彈簧。
[0072] (2)將海綿粘結到步驟（1)製備的第一基板上,所述海綿凸起的形狀為正三稜柱， 其中第一基板所在面與正三稜柱的側面之間的二面角為120度，正三稜柱截面三角形的底 邊長為2mm，正三稜柱之間以共同邊依次設置；將亞克力粘結到步驟（1)製備的第二基板 上，所述亞克力凸起的形狀為正三稜柱，其中第二基板所在面與正三稜柱的側面之間的二 面角為122度，正三稜柱截面三角形的底邊長為為2mm，正三稜柱之間以共同邊依次設置。 將聚四氟乙烯通過均勻塗覆在PE板上，後將固化後的聚四氟乙烯層取下，然後將金屬鋁通 過磁控濺射設置在聚四氟乙烯層表面上形成複合的第一電極層/第一高分子聚合物絕緣 層；之後將複合後的第一電極層/第一高分子聚合物絕緣層設置在第一支撐材料泡沫表 面；同樣地，將人造纖維平壓為人造纖維層，然後將金屬鋁磁控濺射在人造纖維層的表面上 形成複合的第二電極層/第二高分子聚合物絕緣層；之後將複合後的第二電極層/第二高 分子聚合物絕緣層設置在第二支撐材料的亞克力表面。
[0073] (3)將步驟（2)得到具有各層結構的第一基板的四角安裝彈簧，後將步驟（2)製備 的具有各層結構的第二基板通過彈簧與第一基板相連，得到高分子聚合物絕緣層相對的摩 擦發電機2 s。
[0074] 通過接觸壓力為10N時，用萬用表測定該摩擦發電機的開路電壓和電流，結果見 表1〇
[0075] 實施例3
[0076] 如圖4a和圖4b所示製備摩擦發電機，其中，圖4a為所製備摩擦發電機立體圖，圖 4b為所製備摩擦發電機平面圖。
[0077] (1)取兩塊正方形的亞克力板作為第一基板和第二基板,其尺寸10cm*10cm*lcm， 在兩塊正方形基板的四角鑽四個洞用於安裝彈簧。
[0078] (2)將海綿粘結到步驟（1)製備的第一基板上，所述海綿凸起的形狀為長方體(長 方體的長寬高為3mm*3ram*6mm)，陣列分布，兩個相鄰長方體之間的間隔呈正方形，其尺寸為 2. 5mm*2. 5圓；將亞克力粘結到步驟（1)製備的第二基板上，所述亞克力凸起的形狀也是長 方體(長方體的長寬高為2. 5ram*2. 5mm*6mm)，陣列分布，兩個相鄰長方體之間的間隔呈正方 形，其尺寸為3mm*3mm。將聚四氟乙烯通過均勻塗覆在PE板上，後將固化後的聚四氟乙烯層 取下，然後將金屬鋁通過磁控濺射設置在聚四氟乙烯層表面上形成複合的第一電極層/第 一高分子聚合物絕緣層；之後將複合後的第一電極層/第一高分子聚合物絕緣層設置在第 一支撐材料泡沫表面；同樣地，將人造纖維平壓為人造纖維層，然後將金屬鋁磁控濺射在人 造纖維層的表面上形成複合的第二電極層/第二高分子聚合物絕緣層；之後將複合後的第 -電極層/第-聞分子聚合物絕緣層設置在第二支撐材料的亞克力表面。
[0079] (3)將步驟（2)得到具有各層結構的第一基板的四角安裝彈簧，後將步驟（2)製備 的具有各層結構的第二基板通過彈簧與第一基板相連，得到高分子聚合物絕緣層相對的摩 擦發電機3#。
[0080]通過接觸壓力為10N時，用萬用表測定該摩擦發電機的開路電壓和電流，結果見 表1。
[0081] 實施例4
[0082] (1)取兩塊正方形的玻璃板作為第一基板和第二基板，其尺寸10cm*10cm* lcm，在 兩塊正方形基板的四角鑽四個洞用於安裝彈簧。
[0083] (2)將泡沫粘結到步驟（1)製備的第一基板上，所述泡沫凸起的形狀為正方 體(正方體的長寬髙為3mm)，陣列分布，兩個相鄰正方體之間的間隔呈正方形，其尺寸為 2. 5mm*2· 5mm ;將通過模板製備得到的具有凸起的不鏽鋼板支撐材料粘結到步驟（1)製備 的第二基板上，所述不鏽鋼上凸起的形狀也是正方體(正方體的長寬高為2. 5mm)，陣列分 布，兩個相鄰正方體之間的間隔呈正方形，其尺寸為3mm*3mm。
[0084]將PVDF通過均勻塗覆在PE板上，後將固化後的PVDF層取下，然後將AZO通過磁 控濺射設置在PVDF層表面上形成複合的第一電極層/第一高分子聚合物絕緣層；之後將復 合後的第一電極層/第一高分子聚合物絕緣層設置在第一支撐材料泡沫表面；同樣地，將 聚酯纖維平壓為聚酯纖維層，然後將ΑΖ0磁控濺射在聚酯纖維層的表面上形成複合的第二 電極層/第-尚分子聚合物絕緣層；之後將複合後的第二電極層/第二高分子聚合物絕緣 層設置在第二支撐材料的亞克力表面。
[0085] ( 3)將步驟（2)得到具有各層結構的第一基板的四角安裝彈簧，後將步驟（2 )製備 的具有各層結構的第二基板通過彈簧與第一基板相連，得到高分子聚合物絕緣層相對的摩 擦發電機4#。
[0086]通過接觸壓力為10N時，用萬用表測定該摩擦發電機的開路電壓和電流，結果見 表1。
[0087] 實施例5
[0088] 如圖5a和圖5b所示製備摩擦發電機，其中，圖5a為所製備摩擦發電機立體圖，圖 5b為所製備摩擦發電機平面圖。
[0089] (1)取兩塊正方形的聚四氟乙烯板作為第一基板和第二基板，其尺寸 10cm*10cm*lcm，在兩塊正方形基板的四角鑽四個洞用於安裝彈簧。
[0090] (2)將海綿粘結到步驟（1)製備的第一基板上形成第一支撐材料層，所述海綿凸起 的形狀為截面為梯形的四稜台，其中第一基板所在面與稜台側面的二面角為60度，四稜台 截面梯形的下底邊長為2畫，四稜台截面梯形的高為3mm，四稜台之間通過共同邊依次排列 設置；將亞克力粘結到步驟（1)製備的第二基板上，所述亞克力凸起的形狀為截面為梯形 的四稜柱，其中第二基板所在面與四稜柱側面之間的二面角為62度，四稜台截面梯形的下 底邊長為2mm，四稜台截面梯形的高為3mm。四稜台之間通過共同邊依次排列設置。將聚丙 烯通過均勻塗覆在PE板上，後將固化後的聚丙烯層取下，然後將銦錫金屬氧化物通過磁控 濺射設置在聚丙烯層表面上形成複合的第一電極層/第一高分子聚合物絕緣層；之後將復 合後的第一電極層/第一高分子聚合物絕緣層設置在第一支撐材料泡沫表面；同樣地，將 人造纖維平壓為人造纖維層，然後將金屬鋁磁控濺射在人造纖維層的表面上形成複合的第 二電極層/第二高分子聚合物絕緣層；之後將複合後的第二電極層/第二高分子聚合物絕 緣層設置在第二支撐材料的亞克力表面。
[0091] (3)將步驟（2)得到具有各層結構的第一基板的四角安裝彈簧，後將步驟（2)製備 的具有各層結構的第二基板通過彈簧與第一基板相連，得到高分子聚合物絕緣層相對的摩 擦發電機5#。
[0092] 通過接觸壓力為10N時，用萬用表測定該摩擦發電機的開路電壓和電流，結果見 表1。
[0093] 對比例1
[0094] (1)取兩塊正方形的亞克力板作為第一基板和第二基板，其尺寸l〇cm*l〇 cm*lcm， 在兩塊正方形基板的四角鑽四個洞用於安裝彈簧。
[0095] (2)將表面平整沒有凸起的海綿粘結到步驟（1)製備的第一基板上；將亞克力粘 結到步驟（1)製備的第二基板上，所述亞克力為平板結構。
[0096] 將聚四氟乙烯通過均勻塗覆在PE板上，後將固化後的聚四氟乙烯層取下，然後將 鋁通過磁控濺射設置在聚四氟乙烯層表面上形成複合的第一電極層/第一高分子聚合物 絕緣層；之後將複合後的第一電極層/第一高分子聚合物絕緣層設置在第一支撐材料泡沫 表面；同樣地，將人造纖維平壓為人造纖維層，然後將鋁磁控濺射在人造纖維層的表面上形 成複合的第二電極層/第二高分子聚合物絕緣層；之後將複合後的第二電極層/第二高分 子聚合物絕緣層設置在第二支撐材料的亞克力表面。
[0097] (3)將步驟（2)得到具有各層結構的第一基板的四角安裝彈簧，後將步驟 （2)製備 的具有各層結構的第二基板通過彈簧與第一基板相連，得到高分子聚合物絕緣層相對的摩 擦發電機6 #。
[0098]通過接觸壓力為10N時，用萬用表測定該摩擦發電機的開路電壓和電流，結果見 表1，測定峰值電流結果見圖6。
[0099] 表1實施例1-5和對比例1製備的摩擦發電機的電流和電壓輸出結果
[0100] |峰值電流(微安) |開路電壓（v) 實施例1 78 65 實施例2 76 60 實施例3 72 55 實施例4 70 50 實施例5 |75" |63 對比例1 ^ 35
[0101]通過上述數據可以看出，本發明實施例製備的摩擦發電機的輸出電流和電壓明顯 高於現有技術中的沒有鋸齒形狀的摩擦發電機。並且，截面是三角形的鋸齒形狀的實施例 1的摩擦發電機的電流和電壓高於其他各組。
[0102]採用本發明提供的摩擦發電機的製造方法可以方便地製造出摩擦發電機，且製造 過程簡單，成本低；另外，製造出的摩擦發電機具有多種結構，可滿足多種需求，應用範圍 廣。
[0103] 最後，需要注意的是：以上列舉的僅是本發明的具體實施例子，當然本領域的技術 人員可以對本發明進行改動和變型，倘若這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技 術的範圍之內，均應認為是本發明的保護範圍。
【權利要求】
1. 一種摩擦發電機，其特徵在於，包括第一基板、第二基板，彈性部件，所述第一基板與 第二基板相對設置，通過彈性部件支撐連接；在第一基板上與第二基板相對的方向依次設 置有第一支撐材料層、第一電極層、第一高分子聚合物絕緣層；在第二基板上與第一基板相 對的方向上依次設置有第二支撐材料層、第二電極層、第二高分子聚合物絕緣層；其中所述 第一支撐材料層和第二支撐材料層在垂直於基板方向的截面為鋸齒狀。
2. 如權利要求1所述的摩擦發電機，其中所述鋸齒狀是三角形、長方形、正方形或梯 形。
3. 如權利要求1或2所述的摩擦發電機，其中所述鋸齒狀為三角形或梯形時，第一支撐 材料層的第一傾角大於第二支撐材料層的第二傾角。
4. 如權利要求1-3任一項所述的摩擦發電機，其中所述第一支撐材料層硬度低於第二 支撐材料層。
5. 如權利要求1-4任一項所述的摩擦發電機，其中所述第一支撐材料層的材料選自發 泡材料或彈性材料。
6. 如權利要求1-5任一項所述的摩擦發電機，其中所述第二支撐材料層的材料選自亞 克力、玻璃、不鏽鋼、陶瓷或聚四氟乙烯中的任一種。
7. 如權利要求1-6任一項所述的摩擦發電機，其中所述第一基板和第二基板選自亞克 力、玻璃、不鏽鋼、陶瓷、高分子聚合物材料中的一種或幾種，或其它具有力學剛性的材料。
8. 如權利要求1-7任一項所述的摩擦發電機，所述第一電極層和第二電極層選自鍍有 銦錫金屬氧化物的聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET)層、具有電傳導性的金屬或合金層、石墨烯 塗層、銀納米線塗層、或其他透明導電膜中任一種。
9. 如權利要求1-8任一項所述的摩擦發電機，其中所述第一高分子聚合物絕緣層材料 或第二高分子聚合物絕緣層材料選自聚二甲基矽氧烷、聚四氟乙烯、聚醯亞胺薄膜、苯胺甲 醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚醯胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二 酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙 酯薄膜、纖維(再生）海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯 共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚丙烯酸酯聚合物薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚異丁烯薄膜、聚對苯 二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚縮聚物薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯 丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯共聚物薄膜和聚乙烯丙二酚 碳酸鹽中的任一種，或摻雜氧化鋅納米線且具有微孔結構的聚偏氟乙烯中的任一種。
10. 如權利要求1-8任一項所述的摩擦發電機，其中所述第二高分子聚合物絕緣層的 組成材料選自人造纖維、聚酯纖維、或具有微孔結構的纖維中的任一種。
11. 如權利要求1-10任一項所述的摩擦發電機，其中所述彈性部件為彈簧。
12. 如權利要求1-11任一項所述的摩擦發電機，還包含輸出電極端，其分別連接到第 一電極層或第二電極層。
13. -種摩擦發電機組，包括兩個或兩個以上串聯或並聯的權利要求1-12任一項所述 的摩擦發電機。
【文檔編號】H02N1/04GK104300828SQ201310306129
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年7月19日 優先權日:2013年7月19日
【發明者】王珊, 馮順, 王小雄, 郭竟 申請人:納米新能源（唐山）有限責任公司