基于摩擦起電的運(yùn)動(dòng)軌跡記憶裝置及記憶方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及運(yùn)動(dòng)軌跡的記憶與傳感技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種基于摩擦起電效應(yīng)與鐵電材料相結(jié)合的運(yùn)動(dòng)軌跡記憶裝置及記憶方法。
【背景技術(shù)】
[0002]最近幾年，世界各國(guó)科學(xué)家都在積極開(kāi)發(fā)各種新型環(huán)保發(fā)電方式，為了解決環(huán)境的污染問(wèn)題以及降低發(fā)電成本。從2012年開(kāi)始，本發(fā)明的發(fā)明人就開(kāi)始嘗試使用摩擦電和靜電等普遍的現(xiàn)象,去收集并利用人們一舉一動(dòng)中產(chǎn)生的電能,進(jìn)而研發(fā)出了一系列的摩擦發(fā)電機(jī)。
[0003]另一方面，利用鐵電材料的自發(fā)極化特性實(shí)現(xiàn)電子信號(hào)的記憶存儲(chǔ)也是一個(gè)很有潛力的方向。尤其是考慮有機(jī)聚合物類(lèi)的鐵電材料有著制備工藝靈活和質(zhì)地柔軟的特性，可以在柔性電子領(lǐng)域有極具潛力的應(yīng)用。如果能將基于摩擦起電的自供能發(fā)電裝置與之相結(jié)合，那么在節(jié)省能源的同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡的記憶。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一)要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種利用摩擦起電和鐵電效應(yīng)相結(jié)合的記憶裝置與記憶方法，以實(shí)現(xiàn)摩擦發(fā)電和位移傳感器的集成一體化，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)軌跡的記憶和存儲(chǔ)。
[0006]( 二)技術(shù)方案
[0007]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于摩擦起電的運(yùn)動(dòng)軌跡記憶裝置，該裝置包括摩擦層、鐵電層、電極層和運(yùn)動(dòng)物，其中，所述摩擦層由介電材料構(gòu)成，其與所述運(yùn)動(dòng)物能發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而在所述摩擦層和所述運(yùn)動(dòng)物上分別產(chǎn)生性質(zhì)相反的電荷；所述運(yùn)動(dòng)物與所述電極層之間電性連接，由此，所述運(yùn)動(dòng)物上的電荷能夠被傳導(dǎo)至所述電極層；所述鐵電層位于所述摩擦層與所述電極層之間，由鐵電材料構(gòu)成，所述摩擦層上的電荷與所述電極層上的電荷所產(chǎn)生的極化電場(chǎng)能改變所述鐵電層中電偶極子的極化方向。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述鐵電層的自發(fā)極化方向與所述極化電場(chǎng)相反。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述摩擦層為柔性介電材料；所述鐵電層為柔性鐵電材料。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述摩擦層的材料為聚酯樹(shù)脂、聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物，或聚酰亞胺；所述鐵電層的材料為聚偏氟乙烯及其衍生物。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述鐵電層的鐵電材料滿(mǎn)足Ee < O / ε，其中Ec為該鐵電材料的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度，0為產(chǎn)生所述極化電場(chǎng)的電荷密度，ε為該鐵電材料的介電常數(shù)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述鐵電層與所述摩擦層是相互貼合的薄膜，且二者相互絕緣。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述鐵電層與所述摩擦層的厚度均為I?100 μ m。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述摩擦層與所述運(yùn)動(dòng)物體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是沿二者的接觸面的滑動(dòng)摩擦運(yùn)動(dòng)。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述運(yùn)動(dòng)物從與所述摩擦層不接觸的位置移動(dòng)至與所述摩擦層接觸后在該摩擦層的表面沿一條運(yùn)動(dòng)軌跡滑動(dòng)，并再次移動(dòng)至不與所述摩擦層接觸的位置，所述鐵電層的位于與所述軌跡相對(duì)應(yīng)的區(qū)域的電偶極子的極化方向被所述極化電場(chǎng)改變。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述運(yùn)動(dòng)物從遠(yuǎn)離所述摩擦層的位置移動(dòng)至與所述摩擦層接觸，接著又從接觸位置遠(yuǎn)離所述摩擦層，所述鐵電層的位于與所述接觸位置相對(duì)應(yīng)的區(qū)域的電偶極子的極化方向被所述極化電場(chǎng)改變。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述電極層與所述鐵電層相互貼合但絕緣。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述運(yùn)動(dòng)物整體為導(dǎo)體；或者，所述運(yùn)動(dòng)物部分為導(dǎo)體，部分為絕緣體，所述運(yùn)動(dòng)物的導(dǎo)體部分與所述電極層之間電性連接。
[0019]本發(fā)明還提出一種基于摩擦起電的運(yùn)動(dòng)軌跡記憶方法，包括如下步驟:將一個(gè)鐵電層設(shè)置于一個(gè)摩擦層與一個(gè)電極層之間，該摩擦層由介電材料構(gòu)成，該鐵電層由鐵電材料構(gòu)成；使一個(gè)與所述電極層電性連接的運(yùn)動(dòng)物與所述摩擦層發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以便在所述摩擦層和所述運(yùn)動(dòng)物上分別產(chǎn)生性質(zhì)相反的電荷，且該運(yùn)動(dòng)物上的電荷被傳導(dǎo)至所述電極層；所述摩擦層上的電荷與所述電極層上的電荷所產(chǎn)生的極化電場(chǎng)改變所述鐵電層中電偶極子的極化方向。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，使所述鐵電層的自發(fā)極化方向與所述極化電場(chǎng)相反。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述摩擦層為柔性介電材料；所述鐵電層為柔性鐵電材料。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述摩擦層的材料為聚酯樹(shù)脂、聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物，或聚酰亞胺；所述鐵電層的材料為聚偏氟乙烯及其衍生物。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述鐵電層的鐵電材料滿(mǎn)足Ee < σ / ε，其中Ec為該鐵電材料的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度，0為產(chǎn)生所述極化電場(chǎng)的電荷密度，ε為該鐵電材料的介電常數(shù)。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，將所述鐵電層與所述摩擦層制成薄膜且相互貼合，且二者相互絕緣。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述鐵電層與所述摩擦層的厚度均為I?100 μ m。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，使所述摩擦層與所述運(yùn)動(dòng)物體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是沿二者的接觸面的滑動(dòng)摩擦運(yùn)動(dòng)。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，使所述運(yùn)動(dòng)物從與所述摩擦層不接觸的位置移動(dòng)至與所述摩擦層接觸后在該摩擦層的表面沿一條運(yùn)動(dòng)軌跡滑動(dòng)，并再次移動(dòng)至不與所述摩擦層接觸的位置，所述鐵電層的位于與所述軌跡相對(duì)應(yīng)的區(qū)域的電偶極子的極化方向被所述極化電場(chǎng)改變。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，使所述運(yùn)動(dòng)物從遠(yuǎn)離所述摩擦層的位置移動(dòng)至與所述摩擦層接觸，接著又從接觸位置遠(yuǎn)離所述摩擦層，所述鐵電層的位于與所述接觸位置相對(duì)應(yīng)的區(qū)域的電偶極子的極化方向被所述極化電場(chǎng)改變。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，使所述電極層與所述鐵電層相互貼合但絕緣。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述運(yùn)動(dòng)物整體為導(dǎo)體；或者，所述運(yùn)動(dòng)物部分為導(dǎo)體，部分為絕緣體，所述運(yùn)動(dòng)物的導(dǎo)體部分與所述電極層之間電性連接，絕緣部分與所述摩擦層發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
[0031](三)有益效果
[0032]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，且具有很高的靈敏度，同時(shí)，本發(fā)明所記憶存儲(chǔ)的邏輯信號(hào)具有不錯(cuò)的穩(wěn)定性和可靠性，可以在無(wú)外接電源的情況下直接將機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成可以?xún)?chǔ)存的邏輯電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自驅(qū)動(dòng)的記憶存儲(chǔ)。
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1是本發(fā)明的基于摩擦起電的運(yùn)動(dòng)軌跡記憶裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2是本發(fā)明的基于摩擦起電的運(yùn)動(dòng)軌跡記憶裝置一種工作方式的原理圖；
[0035]圖3是本發(fā)明的基于摩擦起電的運(yùn)動(dòng)軌跡記憶裝置另一種工作方式的原理圖；
[0036]圖4是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)軌跡記憶裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖5是本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)軌跡記憶裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]圖1是本發(fā)明的基于摩擦起電的運(yùn)動(dòng)軌跡記憶裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該記憶裝置包括摩擦層1、鐵電層2、電極層3和運(yùn)動(dòng)物4。摩擦層I與運(yùn)動(dòng)物4能發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而在摩擦層I和運(yùn)動(dòng)物4上分別產(chǎn)生性質(zhì)相反的電荷。運(yùn)動(dòng)物4與電極層3之間電性連接，例如通過(guò)導(dǎo)線5連接，由此，運(yùn)動(dòng)物4上的電荷能夠被傳導(dǎo)至電極層4。