【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于摩擦纳米发电机材料结构制备领域，涉及一种具有瞬时放电效果的摩擦纳米发电机。
技术介绍
1、随着地球上的能量逐渐减少，人们不断地探索方法对环境中各种微弱能量进行收集和利用，摩擦纳米发电机的诞生为这一目标的实现提供了可能。摩擦纳米发电机是一种微型的能量收集转换装置，能够将自然界中物体之间互相接触产生的机械动能收集并转化为电能，如搓手、走路等，通过将摩擦纳米发电机运用在各种传感器网络中能够使用这些收集到的能量提供给传感器使用。
2、摩擦纳米发电机使用的主要目的是收集自然界中的微小能量并为其他电子器件进行功能，但是由于摩擦纳米发电机自身具有较大的阻抗，而其他电子器件的阻抗相对小很多甚至可以忽略不计，这影响了摩擦纳米发电机输出能量的有效转换和使用。通过添加瞬时放电效果的开关装置能够控制摩擦纳米发电机和外接电路之间的断通，将摩擦纳米发电机自身的阻抗进行大幅度降低，从而让摩擦纳米发电机与其他电子开关之间实现良好的阻抗匹配效果，使摩擦纳米发电机的输出电压能够更好的为其他设备进行供电，提高能量转换的效率。
3、现有的用以实现瞬时放电效果的装置有三种，包括空气击穿开关、接触式微型开关和电子开关(e开关)，这些开关能够将摩擦纳米发电机的输出电压转化为能够进行无线传输的震荡信号。例如，2022年10月28日公开的中国专利cn115550871a“一种基于摩擦纳米发电机的自供电多参数无线传感系统”，2021年9月13日公开的中国专利cn113938050a“一种摩擦纳米发电机高灵敏度瞬时自供电无线传感系统”，2019
4、文献1[zhao w,wenlin l,wencong h,et al.ultrahigh electricitygeneration from low-frequency mechanical energy by efficient energymanagement[j].joule,2021,5(2):]提出了一种平行板结构的空气击穿开关，但是其体积较大，制作成本较高。文献2[chen j,xuan w,zhao p,et al.triboelectric effect basedinstantaneous self-powered wireless sensing with self-determined identity[j].nano energy,2018,511-9.]提出了一种接触式的微型机械开关，但是其使用效果容易受到环境的影响，产生的震荡信号不稳定，准确性与稳定性不高。文献3[chi z,jinkai c,weipeng x,et al.triboelectric nanogenerator-enabled fully self-poweredinstantaneous wireless sensor systems[j].nano energy,2022,92]提出了一种空气开关，但是其仍然需要使用额外的电子器件，电路结构不够精简。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种具有瞬时放电效果的摩擦纳米发电机，该摩擦纳米发电机使用能够灵活调节杨氏模量的弹性材料作为摩擦材料，并在其中添加不同比例的空气，制作成一种接触分离式的摩擦纳米发电机。利用材料在压缩后的恢复速度与摩擦纳米发电机自身的运动速度不匹配导致材料电容变化与运动状态不同步的这一特性，实现类似外部开关结构的瞬时放电效果，同时为装置提供能量获取能够用于无线传输的谐振信号。
2、第一方面，一种具有瞬时放电效果的摩擦纳米发电机，包括固定电极、碰撞电极和摩擦变形层。摩擦变形层呈平板状。摩擦变形层的两个侧面分别为碰撞面和固定面。固定电极的其中一个侧面与摩擦变形层的固定面固定。碰撞电极位于摩擦变形层背离固定电极的一侧，且能够通过振动与摩擦变形层发生碰撞。所述摩擦变形层采用杨氏模量为0.5mpa～0.9mpa的弹性材料。
3、作为优选，工作过程中，摩擦变形层被碰撞电极挤压变形后碰撞面的回复速度，小于碰撞电极离开摩擦变形层的移动速度，使得固定电极与碰撞电极之间的电容变化过程与摩擦纳米发电机运动状态不同步，产生瞬时放电。
4、作为优选，该摩擦纳米发电机在工作过程中的碰撞频率为1hz-7hz之间。
5、作为优选，所述摩擦变形层的碰撞面上固定有覆盖整个碰撞面的fep薄膜。
6、作为优选，所述摩擦变形层的固定面上开设有呈矩阵状排布的多个凹槽。
7、作为优选，各凹槽的底面均覆盖有fep薄膜。
8、作为优选，凹槽的横截面呈宽度为1.75厘米的正方形；凹槽深度为2毫米；相邻的凹槽的间距，以及凹槽与摩擦变形层的边缘处的间距均为5毫米。
9、作为优选，所述fep薄膜的厚度为80微米。
10、作为优选，所述的摩擦变形层的材料为pdms(聚二甲基硅氧烷)或有机硅橡胶ecoflex。
11、作为优选，所述的固定电极和碰撞电极的材料均为铜。
12、第二方面，本专利技术提供一种线圈谐振信号无线传输装置，包括电感线圈和前述的摩擦纳米发电机；固定电极、碰撞电极与电感线圈并联。工作过程中，摩擦纳米发电机产生的瞬时放电，对电感线圈和摩擦纳米发电机之间进行阻抗匹配，获得能够无线传输的谐振信号。
13、本专利技术具有的有益效果如下：
14、1.本专利技术使用杨氏模量低且灵活调节的弹性材料作为摩擦纳米发电机材料，由于材料足够软，在与不易产生形变的的金属材料进行碰撞接触时能够形成较大的形变从而其自身的电容增大，最终会导致摩擦纳米发电机输出的开路电压瞬间减小。但是由于摩擦纳米发电机的运动频率很快，而弹性材料的杨氏模量很小，材料分离后弹性材料形变的恢复速度相对于摩擦纳米发电机的运动速度慢许多，弹性材料自身的电容会慢慢减小直到恢复到压缩前的大小，这个过程中电容变化与摩擦纳米发电机的运动状态不同步，因此会在输出电压中形成一个瞬时放电的效果。利用这种特性，本专利技术在不使用电子开关的情况下实现了高瞬时放电效果，从而直接让摩擦纳米发电机本身起到类似各种外部开关结构的瞬时放电的效果，降低电路设计的成本。
15、2.本专利技术在摩擦材料中嵌入一定比例的空气结构能够通过加入空气电容增大材料压缩前后的电容变化量，从而形成更加显著的突变峰，实现更好的瞬时放电效应。
16、3.本专利技术利用杨氏模量可以调节的柔软材料作为摩擦纳米发电机材料，同时又能在电路中直接充当一个能够产生瞬时放电效果的结构，利用材料自身性质即能实现高放电效果，简化了电路结构，降低了成本，可应用范围广，能够测量谐振信号实现无线传输，输出本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有瞬间放电效果的摩擦纳米发电机，其特征在于：包括固定电极、碰撞电极和摩擦变形层；摩擦变形层呈平板状；摩擦变形层的两个侧面分别为碰撞面和固定面；固定电极的其中一个侧面与摩擦变形层的固定面固定；碰撞电极位于摩擦变形层背离固定电极的一侧，且能够通过振动与摩擦变形层发生碰撞；所述摩擦变形层采用杨氏模量为0.5MPa～0.9MPa的弹性材料。
2.根据权利要求1所述的一种具有瞬间放电效果的摩擦纳米发电机，其特征在于：工作过程中，摩擦变形层被碰撞电极挤压变形后碰撞面的回复速度，小于碰撞电极离开摩擦变形层的移动速度，使得固定电极与碰撞电极之间的电容变化过程与摩擦纳米发电机运动状态不同步，产生瞬时放电。
3.根据权利要求1所述的一种具有瞬间放电效果的摩擦纳米发电机，其特征在于：在工作过程中的碰撞频率为1Hz-7Hz之间。
4.根据权利要求1所述的一种具有瞬间放电效果的摩擦纳米发电机，其特征在于：所述摩擦变形层的碰撞面上固定有覆盖整个碰撞面的FEP薄膜。
5.根据权利要求1所述的一种具有瞬间放电效果的摩擦纳米发电机，其特征在于：所述摩擦变形
6.根据权利要求5所述的一种具有瞬间放电效果的摩擦纳米发电机，其特征在于：各凹槽的底面均覆盖有FEP薄膜。
7.根据权利要求5所述的一种具有瞬间放电效果的摩擦纳米发电机，其特征在于：凹槽的横截面呈宽度为1.75厘米的正方形；凹槽深度为2毫米；相邻的凹槽的间距，以及凹槽与摩擦变形层的边缘处的间距均为5毫米。
8.根据权利要求4或5所述的一种具有瞬间放电效果的摩擦纳米发电机，其特征在于：所述FEP薄膜的厚度为80微米。
9.根据权利要求1所述的一种具有瞬间放电效果的摩擦纳米发电机，其特征在于：所述的摩擦变形层的材料为聚二甲基硅氧烷或有机硅橡胶Ecoflex。
10.一种线圈谐振信号无线传输装置，其特征在于：包括电感线圈和如权利要求1-9中任意一项所述的摩擦纳米发电机；固定电极、碰撞电极与电感线圈并联；工作过程中，摩擦纳米发电机产生的瞬时放电，对电感线圈和摩擦纳米发电机之间进行阻抗匹配，获得能够无线传输的谐振信号。
...【技术特征摘要】
1.一种具有瞬间放电效果的摩擦纳米发电机，其特征在于：包括固定电极、碰撞电极和摩擦变形层；摩擦变形层呈平板状；摩擦变形层的两个侧面分别为碰撞面和固定面；固定电极的其中一个侧面与摩擦变形层的固定面固定；碰撞电极位于摩擦变形层背离固定电极的一侧，且能够通过振动与摩擦变形层发生碰撞；所述摩擦变形层采用杨氏模量为0.5mpa～0.9mpa的弹性材料。
2.根据权利要求1所述的一种具有瞬间放电效果的摩擦纳米发电机，其特征在于：工作过程中，摩擦变形层被碰撞电极挤压变形后碰撞面的回复速度，小于碰撞电极离开摩擦变形层的移动速度，使得固定电极与碰撞电极之间的电容变化过程与摩擦纳米发电机运动状态不同步，产生瞬时放电。
3.根据权利要求1所述的一种具有瞬间放电效果的摩擦纳米发电机，其特征在于：在工作过程中的碰撞频率为1hz-7hz之间。
4.根据权利要求1所述的一种具有瞬间放电效果的摩擦纳米发电机，其特征在于：所述摩擦变形层的碰撞面上固定有覆盖整个碰撞面的fep薄膜。
5.根据权利要求1所述的一种具有瞬间放电效果的摩擦纳...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈金凯，董康，张晨皓，常世元，骆季奎，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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