件包括兩個連接端口，用于與外電路連接。
[0064]本發(fā)明提供的接觸分離式復(fù)合納米發(fā)電機，摩擦發(fā)電組件采取接觸分離式設(shè)計，可以吸收往復(fù)運動的機械能量用于發(fā)電。在實際發(fā)電時，可以將第一基底(或者第一發(fā)電部件)固定，并通過彈簧(即彈性部件)將第一發(fā)電部件與第二發(fā)電部件分離，機械外力作用在第二基底(或者第二發(fā)電部件)時，彈簧被壓縮，使第一發(fā)電部件的第一摩擦件與第二發(fā)電部件的第二摩擦件互相接觸，撤去外力時，在彈簧的彈性回復(fù)力作用下，第一發(fā)電部件的第一摩擦件與第二發(fā)電部件的第二摩擦件互相分離，在第一電極和第二電極之間產(chǎn)生電勢差，可以在外電路中產(chǎn)生電流輸出；同時帶動電磁感應(yīng)發(fā)電組件的磁鐵部件和線圈部件相對位置變化，使磁鐵部件在所述線圈部件中的磁通量產(chǎn)生變化，在線圈部件中產(chǎn)生感生電動勢，可以在外電路中產(chǎn)生電流輸出。只要在發(fā)電機的兩端施加周期性的外力，使第一摩擦件與第二摩擦件反復(fù)接觸分離，就會持續(xù)對外輸出電信號。一次機械運動的外力可以在摩擦發(fā)電組件和電磁感應(yīng)發(fā)電組件中同時產(chǎn)生電信號輸出，可以分別與外部用電裝置連接，提高了能量轉(zhuǎn)化和利用效率。
[0065]下面以一個具體的發(fā)電機為例，說明本發(fā)明提供的發(fā)電機的工作過程。
[0066]切割兩個長50mmX寬50mm帶有3mm厚凹槽的亞克力板作為發(fā)電機的第一基底和第二基底，并用膠帶在兩個基底內(nèi)側(cè)分別固定線圈部件(圓形平面線圈，直徑25mm，匝數(shù)2600)和磁鐵部件(圓形釹鐵硼磁鐵，直徑35mm,厚度3mm)。在線圈部件的表面粘貼3mm厚35mm直徑的圓形亞克力板,并在其表面依次粘貼直徑為35mm的圓形A1電極和表面帶有納米結(jié)構(gòu)的聚二甲基硅氧烷(PDMS)。在磁鐵部件的表面依次粘貼2mm厚的PDMS緩沖層和A1金屬層。在兩個基底的四角分別固定4根長20cm的彈簧，使表面帶有納米結(jié)構(gòu)的聚二甲基硅氧烷和A1金屬層相互分離且相對放置。在摩擦發(fā)電組件的兩個電極之間串聯(lián)10個LED燈，在電磁感應(yīng)發(fā)電組件的線圈部件的兩個端口并聯(lián)10個LED燈，當在兩個基底外側(cè)施加一定壓力時，彈簧受力壓縮使聚二甲基硅氧烷和A1金屬層互相接觸，壓力撤去后，彈簧恢復(fù)形狀，聚二甲基硅氧烷和A1金屬層互相分離，在A1金屬層與A1電極之間產(chǎn)生摩擦發(fā)電信號，在線圈部件的兩個端口產(chǎn)生磁電信號，復(fù)合納米發(fā)電機可以同時點亮20個LED燈。
[0067]對上述制備的復(fù)合納米發(fā)電機的輸出性能進行測試。對于摩擦納米發(fā)電組件，使用Stanford Research System生產(chǎn)的SR570測量摩擦發(fā)電組件兩個電極間的電流輸出，結(jié)果分別見圖6中的a所示，輸出電流為10-36微安，使用Keithely生產(chǎn)的6514測量兩個電極之間的電壓輸出，結(jié)果見圖6中的b，輸出電壓為250伏特。對于電磁感應(yīng)發(fā)電組件，使用Keithely生產(chǎn)的6514分別測量線圈部件兩個端口之間的電流和電壓輸出，結(jié)果見圖7中a和b圖，其中輸出電流約為2.5暈安,輸出電壓為2伏特。
[0068]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種接觸分離式復(fù)合納米發(fā)電機，其特征在于，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； 電磁感應(yīng)發(fā)電組件包括:磁鐵部件和線圈部件，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下，所述磁鐵部件在所述線圈部件中的磁通量產(chǎn)生變化。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機，其特征在于，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； 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。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)電機，其特征在于，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。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的發(fā)電機，其特征在于，所述線圈部件為平面線圈。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)電機，其特征在于，所述線圈部件的匝數(shù)大于1000匝。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的發(fā)電機,其特征在于,所述第一發(fā)電部件和第二發(fā)電部件之間通過彈性部件連接； 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)運動的其他設(shè)備上。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)電機，其特征在于，所述彈性部件為彈簧。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)電機，其特征在于，所述彈性部件的可變形范圍大于5cm。9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述的發(fā)電機,其特征在于,所述磁鐵部件與第一發(fā)電部件之間設(shè)置第一緩沖層； 和/或，所述線圈部件與第二發(fā)電部件之間設(shè)置第二緩沖層。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)電機，其特征在于，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。11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)電機，其特征在于，所述第一緩沖層和第二緩沖層厚度大于 0.5mmο12.根據(jù)權(quán)利要求1-11任一項所述的發(fā)電機，其特征在于，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。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)電機，其特征在于，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)； 所述線圈部件與第二發(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)。14.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的發(fā)電機，其特征在于，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； 第二摩擦件、第二電極和線圈部件均為薄層結(jié)構(gòu)，依次層疊設(shè)置。15.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的發(fā)電機,其特征在于，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； 所述第二摩擦件、第二電極、第二緩沖層和線圈部件均為薄層結(jié)構(gòu)，依次層疊設(shè)置。16.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的發(fā)電機，其特征在于，所述第一摩擦件與第二摩擦件互相接觸的表面中，至少一個表面包括微納納結(jié)構(gòu)； 所述微納結(jié)構(gòu)為納米線、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。
【專利摘要】本發(fā)明提供的接觸分離式復(fù)合納米發(fā)電機，包括：摩擦發(fā)電組件和電磁感應(yīng)發(fā)電組件；其中，摩擦發(fā)電組件的第一發(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；電磁感應(yīng)發(fā)電組件的磁鐵部件設(shè)置在第一發(fā)電部件上，線圈部件設(shè)置在第二發(fā)電部件上；在外力作用下，第一摩擦件與第二摩擦件表面接觸分離，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；同時，磁鐵部件在線圈部件中的磁通量產(chǎn)生變化。本發(fā)明的復(fù)合納米發(fā)電機，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，第一發(fā)電部件與第二發(fā)電部件之間的一次接觸和分離的機械運動，可以同時產(chǎn)生兩種電信號輸出，提高了能量轉(zhuǎn)化效率。
【IPC分類】H02N1/04, H02K35/00
【公開號】CN105490578
【申請?zhí)枴緾N201410472221
【發(fā)明人】楊亞, 張克偉, 王中林
【申請人】北京納米能源與系統(tǒng)研究所
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2014年9月16日