一种多层高功率近球形纳米摩擦发电机及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种多层高功率近球形纳米摩擦发电机及其应用。所述近球形纳米摩擦发电机包括由内而外沿径向依次层叠设置的第一电极层，中间层，以及第二电极层；所述第一电极层与中间层或/和中间层与第二电极层通过摩擦产生感应电场，第一电极层和第二电极层为含有导电层的层结构，其中，中间层为含有高分子聚合物层的层结构，所述纳米摩擦发电机的电压和电流输出电极为所述第一电极层和第二电极层的导电层。本发明专利技术还提供了包括两个或两个以上串联或并联的所述纳米摩擦发电机得到的纳米摩擦发电机组。本发明专利技术还提供了包含所述纳米摩擦发电机以及发光二极管的儿童玩具。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种多层高功率近球形纳米摩擦发电机及其应用。所述近球形纳米摩擦发电机包括由内而外沿径向依次层叠设置的第一电极层，中间层，以及第二电极层；所述第一电极层与中间层或/和中间层与第二电极层通过摩擦产生感应电场，第一电极层和第二电极层为含有导电层的层结构，其中，中间层为含有高分子聚合物层的层结构，所述纳米摩擦发电机的电压和电流输出电极为所述第一电极层和第二电极层的导电层。本专利技术还提供了包括两个或两个以上串联或并联的所述纳米摩擦发电机得到的纳米摩擦发电机组。本专利技术还提供了包含所述纳米摩擦发电机以及发光二极管的儿童玩具。【专利说明】一种多层高功率近球形纳米摩擦发电机及其应用
本专利技术涉及一种摩擦发电机，尤其是涉及一种多层构成的近球形纳米摩擦发电机。
技术介绍
随着现代生活水平不断提高，生活节奏不断加快，出现了应用方便、对环境依赖度低的自发电设备。现有的自发电设备通常利用材料的压电特性。例如2006年，美国佐治亚理工学院教授王中林等成功地在纳米尺度范围内将机械能转换成电能，研制出世界上最小的发电机-纳米发电机。纳米发电机的基本原理是:当纳米线(丽8)在外力下动态拉伸时，纳米线中生成压电电势，相应瞬变电流在两端流动以平衡费米能级。物体和物体之间相互进行摩擦，就会使一方带上负电，另一方带上正电，由于物体间摩擦产生的电叫摩擦电。摩擦电是自然界最常见的现象之一，但是因为很难收集利用而被忽略。如果能够将摩擦电应用到自发电设备中，势必会给人们的生活带来更多的便利。专利技术人之前针对多层高功率纳米摩擦发电机已经进行了相关的专利申请主要内容详见附图1、图2和图3，具体来说，技术方案的主要内容为:该摩擦电发电机包括依次层叠设置的第一电极，第一高分子聚合物绝缘层，居间电极层，第二高分子聚合物绝缘层和第二电极；第一高分子聚合物绝缘层和居间电极层相对面中的至少一个面上设置有微纳凹凸结构；第二高分子聚合物绝缘层和居间电极层相对面中的至少一个面上设置有微纳凹凸结构；所述第一电极和第二电极为摩擦发电机电压和电流负极输出电极；所述居间电极层为摩擦发电机电压和电流正极输出电极。本专利技术采用导电性(金属)薄膜与聚合物摩擦，由于金属容易失去电子，居间电极分别与第一高分子聚合物绝缘层、第二高分子聚合物绝缘层形成感应电场。上述方案为薄膜层状摩擦发电机，该薄膜层状摩擦发电机受形状局限，弹性效果不佳，不适用于玩具及娱乐器材领域。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是:克服现有技术中摩擦发电机接触面积效果不佳的缺陷，具有多面接触球体能够在三维空间内进行摩擦发电，使摩擦层充分利用，提高摩擦发电球的输出特性，提供了一种多层高功率近球形的纳米摩擦发电机。具体来说，本专利技术是通过如下技术方案解决上述技术问题的。一种近球形纳米摩擦发电机，其特征在于，包括由内而外沿径向依次层叠设置的第一电极层，中间层，以及第二电极层；所述第一电极层与中间层或/和中间层与第二电极层通过摩擦产生感应电场，第一电极层和第二电极层为含有导电层的层结构，其中，中间层为含有高分子聚合物层的层结构，所述纳米摩擦发电机的电压和电流输出电极为所述第一电极层和第二电极层的导电层。其中，所述中间层为含有高分子聚合物层的层结构和导电层，所述纳米摩擦发电机的电压和电流输出电极为所述第一电极层、第二电极层和中间层中的任意两个导电层。其中，所述中间层为仅含有高分子聚合物层的层结构。其中，所述高分子聚合物层是由两层或者两层以上高分子聚合物组成，各层高分子聚合物之间的相对设置的两个面中的至少一个面上设置有微纳凹凸结构，或/和高分子聚合物层与第一电极层或第二电极层之间相对设置的两个面中的至少一个面上设置有微纳凹凸结构。其中，所述中间层为两层或两层以上的高分子聚合物层的层结构时，所述高分子聚合物层所用的材料可以相同也可以不同，优选所用的高分子聚合物层所用的材料不同。其中，所述中间层由内而外包括沿径向依次层叠设置的第一高分子聚合物层，导电层和第二高分子聚合物层。其中，所述中间层的导电层为2层以上，且相邻两个导电层之间含有高分子绝缘层。其中，所述中间层由内而外包括沿径向依次层叠设置的第一高分子聚合物层，第一导电层和第二高分子聚合物层、第二导电层和第三高分子聚合物层。其中，所述高分子聚合物层与导电层之间相对设置的两个面中的至少一个面上设置有微纳凹凸结构，或/和高分子聚合物层与第一电极层或第二电极层之间相对设置的两个面中的至少一个面上设置有微纳凹凸结构。其中，所述近球形是空心的或者实心，第一电极层设置在空心或实心近球体上。其中，所述近球形为球形，椭球形，卵球形、扁球形或橄榄形。所述第一电极层或第二电极层或导电层所用材料是铟锡氧化物、银纳米线膜、金属或合金，其中金属优选为金、银、钼、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钥、钨或钒中的一种或几种，合金优选为招合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、猛合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、秘合金、铟合金、镓合金、鹤合金、钥合金、银合金或钽合金中的一种或几种；所述第二电极所用材料是金属或合金，其中金属优选为金、银、钼、钯、铝、镍、铜、钛、 铬、硒、铁、猛、钥、鹤或f凡中的一种或几种，合金优选为招合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、猛合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、秘合金、铟合金、镓合金、鹤合金、钥合金、铌合金或钽合金中的一种或几种；优选第一电极层、第二电极层分别独立的选自铟锡氧化物（IT0)或银纳米线膜中的一种或几种。其中，所述高分子聚合物层所用材料选自聚酰亚胺薄膜、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(再生）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、聚甲基丙烯酸甲酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚异丁烯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、甲醛苯酚缩聚物薄膜、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、丙烯腈氯乙烯共聚物薄膜中的任意一种；优选高分子聚合物层所用材料分别独立地选自聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET)、聚二甲基硅氧烷（PDMS)、聚苯乙烯（PS)、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)、聚碳酸酯（PC)或液晶高分子聚合物（LCP)中的一种或几种。其中，所述高分子聚合物层表面上设置微纳凹凸结构为纳米级至微米级的凹凸结构，优选凸起高度5011111-30011111的纳米凹凸结构。所述的近球形纳米摩擦发电机在儿童玩具中的应用。一种纳米摩擦发电机组，包括两个或两个以上串联或并联的所述的纳米摩擦发电机。一种儿童玩具，包含所述的纳米摩擦发电机以及发光二极管。本专利技术的有益效果:本专利技术将层状纳米摩擦发电机设计为球状，其能够在三维空间内进行摩擦发电，使摩擦层充分利用，提高摩擦发电球的输出特性，本专利技术的层状纳米摩擦发电机较二维平面层状摩擦发电机输出性能稳定，输出功率高，这样的制作可以扩大它的应用领域。本专利技术采用金属与聚合物，或者金属与高分子聚合物，高分子聚合物之间通过摩擦形成感应电场，由于使用上述层状结构最后制成了球状形状，可以用于玩具或娱乐器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种近球形纳米摩擦发电机，其特征在于，包括由内而外沿径向依次层叠设置的第一电极层，中间层，以及第二电极层；所述第一电极层与中间层或/和中间层与第二电极层通过摩擦产生感应电场，第一电极层和第二电极层为含有导电层的层结构，其中，中间层为含有高分子聚合物层的层结构，所述纳米摩擦发电机的电压和电流输出电极为所述第一电极层和第二电极层的导电层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐传毅，
申请(专利权)人：纳米新能源唐山有限责任公司，
类型：发明
国别省市：河北;13