一種接觸分離式復(fù)合納米發(fā)電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及本發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及將摩擦效應(yīng)與磁電效應(yīng)耦合而成的接觸分離式復(fù)合納米發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]我們?cè)谏钪械囊慌e一動(dòng)都是微小的能源，收集這些微小能源用于小型微電子、納電子器件的自驅(qū)動(dòng)供電，對(duì)節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。目前，基于摩擦效應(yīng)的納米發(fā)電機(jī)已有較多報(bào)道，兩個(gè)得失電子能力不同的摩擦材料在機(jī)械能作用下互相接觸分離，在與兩個(gè)摩擦材料接觸設(shè)置的電極上會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，可以在外電路中形成電流輸出。但是，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的摩擦發(fā)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)化形式單一，效率不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003](一)要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于摩擦效應(yīng)和磁電效應(yīng)耦合的接觸分離式復(fù)合納米發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能通過(guò)摩擦發(fā)電組件轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿耐瑫r(shí)，帶動(dòng)電磁感應(yīng)組件的磁鐵部件和線(xiàn)圈部件相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感生電信號(hào)，提高了現(xiàn)有摩擦發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)化效率。
[0005]( 二)技術(shù)方案
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種接觸分離式復(fù)合納米發(fā)電機(jī)，包括:摩擦發(fā)電組件和電磁感應(yīng)發(fā)電組件；
[0007]其中，所述摩擦發(fā)電組件包括:第一發(fā)電部件和第二發(fā)電部件，其中，第一發(fā)電部件包括第一摩擦件以及與第一摩擦件接觸設(shè)置的第一電極，第二發(fā)電部件包括第二摩擦件以及與第二摩擦件接觸設(shè)置的第二電極；在外力作用下，所述第一發(fā)電部件與第二發(fā)電部件能夠互相接觸分離，使所述第一摩擦件與第二摩擦件表面接觸分離，所述第一摩擦件與第二摩擦件接觸的表面材料存在得失電子能力差異；
[0008]電磁感應(yīng)發(fā)電組件包括:磁鐵部件和線(xiàn)圈部件，所述磁鐵部件設(shè)置在所述第一發(fā)電部件上，所述線(xiàn)圈部件設(shè)置在所述第二發(fā)電部件上；在所述第二部件帶動(dòng)下，所述磁鐵部件在所述線(xiàn)圈部件中的磁通量產(chǎn)生變化。
[0009]優(yōu)選的，所述第一摩擦件和第二摩擦件的材料為絕緣體材料、導(dǎo)體材料或者半導(dǎo)體材料；
[0010]所述絕緣體材料選自甲基硅氧烷、聚酰亞胺、聚乙烯、聚丙烯、聚異丁烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚氯醚、聚酯、聚氨酯、聚乙烯醇縮丁醛、聚丙烯腈、聚雙苯酚碳酸酯中的一種或幾種的疊加。
[0011]優(yōu)選的，所述第一摩擦件或者第二摩擦件的材料為導(dǎo)體材料，與導(dǎo)體材料接觸設(shè)置的電極省略。
[0012]優(yōu)選的，所述線(xiàn)圈部件為平面線(xiàn)圈。
[0013]優(yōu)選的，所述線(xiàn)圈部件的匝數(shù)大于1000匝。
[0014]優(yōu)選的，所述第一發(fā)電部件和第二發(fā)電部件之間通過(guò)彈性部件連接；
[0015]或者，所述第一發(fā)電部件固定，第二發(fā)電部件連接在往復(fù)運(yùn)動(dòng)的其他設(shè)備上。
[0016]優(yōu)選的，所述彈性部件為彈簧。
[0017]優(yōu)選的，所述彈性部件的可變形范圍大于5cm。
[0018]優(yōu)選的，所述磁鐵部件與第一發(fā)電部件之間設(shè)置第一緩沖層；
[0019]和/或，所述線(xiàn)圈部件與第二發(fā)電部件之間設(shè)置第二緩沖層。
[0020]優(yōu)選的，所述第一緩沖層和第二緩沖層的材料為絕緣材料，所述絕緣材料選自聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺、聚乙烯、聚丙烯、聚異丁烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚氯醚、聚酯、聚氨酯、聚乙烯醇縮丁醛、聚丙烯腈、聚雙苯酚碳酸酯中的一種或幾種。
[0021]優(yōu)選的，所述第一緩沖層和第二緩沖層厚度大于0.5_。
[0022]優(yōu)選的，所述第一發(fā)電部件還包括第一基底，所述第二發(fā)電部件還包括第二基底。
[0023]優(yōu)選的，所述磁鐵部件與第一發(fā)電部件設(shè)置在所述第一基底的同一側(cè)；或者，所述磁鐵部件與第一發(fā)電部件分別設(shè)置在所述第一基底的不同側(cè)；
[0024]所述線(xiàn)圈部件與第二發(fā)電部件設(shè)置在所述第二基底的同一側(cè)；或者，所述線(xiàn)圈部件與第二發(fā)電部件分別設(shè)置在所述第二基底的不同側(cè)。
[0025]優(yōu)選的，所述第一摩擦件、第一電極和磁鐵部件均為薄層結(jié)構(gòu)，依次層疊設(shè)置；
[0026]第二摩擦件、第二電極和線(xiàn)圈部件均為薄層結(jié)構(gòu)，依次層疊設(shè)置。
[0027]優(yōu)選的，所述第一摩擦件、第一電極、第一緩沖層和磁鐵部件均為薄層結(jié)構(gòu)，依次層疊設(shè)置；
[0028]所述第二摩擦件、第二電極、第二緩沖層和線(xiàn)圈部件均為薄層結(jié)構(gòu)，依次層疊設(shè)置。
[0029]優(yōu)選的，所述第一摩擦件與第二摩擦件互相接觸的表面中，至少一個(gè)表面包括微納納結(jié)構(gòu)；
[0030]所述微納結(jié)構(gòu)為納米線(xiàn)、納米棒、納米管、納米顆粒、納米溝槽、微米溝槽、納米錐、微米錐、納米球或微米球狀結(jié)構(gòu)，以及上述結(jié)構(gòu)形成的陣列。
[0031]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0032]1、本發(fā)明的復(fù)合納米發(fā)電機(jī)，在現(xiàn)有接觸式摩擦發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)上，將電磁感應(yīng)發(fā)電組件的磁場(chǎng)部件和線(xiàn)圈部件分別設(shè)置在兩個(gè)能夠相對(duì)運(yùn)動(dòng)的發(fā)電部件上，在摩擦發(fā)電組件的兩個(gè)發(fā)電部件相互接觸和分離過(guò)程中，同時(shí)帶動(dòng)磁場(chǎng)部件和線(xiàn)圈部件相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此，第一發(fā)電部件和第二發(fā)電部件的一次相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可以使摩擦發(fā)電組件在摩擦效應(yīng)作用下產(chǎn)生電信號(hào)，同時(shí)，線(xiàn)圈部件在電磁感應(yīng)效應(yīng)作用下也輸出電信號(hào)。一次機(jī)械運(yùn)動(dòng)同時(shí)產(chǎn)生了兩種電信號(hào)，顯著提高了納米發(fā)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)化效率。
[0033]2、摩擦發(fā)電組件中的第一摩擦件、第一電極、第二摩擦件、第二電極的材料均為現(xiàn)有的材料，磁鐵部件和線(xiàn)圈部件為常用部件，并且價(jià)格低廉，本發(fā)明的復(fù)合納米發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制備方法簡(jiǎn)單，材料易于獲得，并且結(jié)構(gòu)低廉，有利于在利用機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊矫鎽?yīng)用推廣。
[0034]3、摩擦發(fā)電組件中的第一發(fā)電部件和第二發(fā)電部件之間可以通過(guò)彈性部件連接，發(fā)電機(jī)在壓力作用下可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?；第一發(fā)電部件和第二發(fā)電部件也可以分別與不同的設(shè)備連接，在兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)設(shè)備的帶動(dòng)下相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡妭}(cāng)泛。
【附圖說(shuō)明】
[0035]通過(guò)附圖所示，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于顯示出本發(fā)明的主旨。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但參數(shù)無(wú)需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。此外，以下實(shí)施例中提到的方向用語(yǔ)，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語(yǔ)是用來(lái)說(shuō)明并非用來(lái)限制本發(fā)明。
[0036]圖1為接觸分離式復(fù)合納米發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖2和圖3為第一發(fā)電部件和第二發(fā)電部件之間連接方式示意圖；
[0038]圖4為磁鐵部件和第一發(fā)電部件設(shè)置在第一基底的不同側(cè)，線(xiàn)圈部件和第二發(fā)電部件設(shè)置在第二基底的不同側(cè)的發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖5為磁鐵部件和第一發(fā)電部件之間設(shè)置第一緩沖層的發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖6為一個(gè)具體發(fā)電機(jī)的摩擦發(fā)電組件的輸出電信號(hào)測(cè)量結(jié)果；
[0041]圖7為一個(gè)具體發(fā)電機(jī)的電磁感應(yīng)發(fā)電組件的輸出電信號(hào)測(cè)量結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0042]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0043]其次，本發(fā)明結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說(shuō)明，所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0044]本實(shí)施例的發(fā)電機(jī)典型結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖1,包括摩擦發(fā)電組件和電磁感應(yīng)發(fā)電組件，其中，所述摩擦發(fā)電組件包括:第一發(fā)電部件1和第二發(fā)電部件2，其中，第一發(fā)電部件1包括第一摩擦件11以及與第一摩擦件11接觸設(shè)置的第一電極12，第二發(fā)電部件2包括第二摩擦件21以及與第二摩擦件21接觸設(shè)置的第二電極22 ;在外力F作用下，第一發(fā)電部件1與第二發(fā)電部件2能夠互相接觸分離，使第一摩擦件11與第二摩擦件21表面接觸分離，第一摩擦件11與第二摩擦件21接觸的表面材料存