一種多層聯(lián)動折疊式摩擦發(fā)電機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于發(fā)電機技術領域，具體涉及一種多層聯(lián)動折疊式摩擦發(fā)電機。
【背景技術】
[0002]利用對環(huán)境破壞較小和自然資源消耗較少的新型發(fā)電形式對自然界的動能進行有效收集具有重要的現(xiàn)實意義。另外，微型自驅(qū)動系統(tǒng)和便攜式電子設備的廣泛應用要求發(fā)電裝置要兼具較高的發(fā)電效率和便于攜帶、制備簡單的特點。
[0003]摩擦電和靜電感應是自然界中的常見現(xiàn)象，近年來，利用摩擦電效應的摩擦發(fā)電機已成為廣受關注的研究熱點，迄今已成功的將自然界中的水流、氣流、聲音以及人體運動等能源形式轉(zhuǎn)化成了電能，并能為環(huán)境治理、傳感器以及發(fā)光器件等提供電能。摩擦發(fā)電機的基本原理是通過摩擦極性順序相差較大的兩種材料之間的相互接觸或摩擦產(chǎn)生靜電荷，結(jié)合靜電感應效應將機械能轉(zhuǎn)化成電能，具有結(jié)構簡單和輸出性能高的特點。
[0004]現(xiàn)有摩擦發(fā)電技術主要存在輸出功率較低、機械性能差、對運動速度或震動頻率要求高、電流輸出不穩(wěn)定和制備成本高等問題，從而限制了摩擦發(fā)電機在實際生活中的應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種多層聯(lián)動折疊式摩擦發(fā)電機，用于解決將往復伸縮或震動的能量轉(zhuǎn)換為電能時輸出功率小和對運動速度要求高的技術問題。
[0006]為了達到上述技術目的，本發(fā)明采用的技術方案是:一種多層聯(lián)動折疊式摩擦發(fā)電機，包括至少一個第一摩擦單元、至少一個第二摩擦單元和用于連接第一摩擦單元、第二摩擦單元的連接件;所述第一摩擦單元包括基底、覆蓋在基底上的導電層和覆蓋在導電層上的第一摩擦層，所述第二摩擦單元包括基底、覆蓋在基底上的導電層和覆蓋在導電層上的第二摩擦層，所述連接件通過設置于基底兩端的轉(zhuǎn)軸將所有摩擦單元均勻且相對地連接在一起，連接件圍繞轉(zhuǎn)軸做旋轉(zhuǎn)運動，在往復性外力作用下，相對的第一摩擦層和第二摩擦層通過連接件和轉(zhuǎn)軸的作用同時作相向或相對運動進而實現(xiàn)該第一摩擦層和第二摩擦層的同步分離和接觸。
[0007]所述多層聯(lián)動折疊式摩擦發(fā)電機在往復性外力的作用下發(fā)生同步接觸和分離，以使相對的第一摩擦層和第二摩擦層之間的靜電荷發(fā)生移動，致使所述導電層間的感應電勢發(fā)生周期性變化，驅(qū)動電子流動并向外電路輸送出交流電。所述第二摩擦層經(jīng)過負電荷預注入處理，單位面積的電荷密度較高，從而具有較高的電流輸出效率。
[0008]本發(fā)明的結(jié)構特點還包括:
所述第一摩擦單元和第二摩擦單元的摩擦層面對面相對設置。
[0009]所述第一摩擦單元的金屬導電層為金屬電極板時也可以直接用做摩擦層。第二摩擦單元的聚合物薄膜作了電子注入預處理，而第一摩擦單元沒有做正電荷注入預處理。
[0010]所述連接件為旋轉(zhuǎn)連接件，材質(zhì)為絕緣材料，如硬質(zhì)薄板、塑料板或亞克力板。
[0011]所述單個聚合物薄膜的面積等于兩種導電層中任一個導電層的面積。
[0012]本發(fā)明設計并制作的一種新型多層聯(lián)動折疊式摩擦發(fā)電機，摩擦層經(jīng)過了電子注入預處理，提高了摩擦層的電荷密度和耐磨性;發(fā)電機結(jié)構為多層聯(lián)動折疊式設計，各摩擦層能嚴格地同時相向或相對運動，使所有摩擦層在同一時間發(fā)生接觸和分離，增加了電流和電壓輸出的穩(wěn)定性;摩擦層的數(shù)量可方便地增加或減少，可以克服普通摩擦發(fā)電機電流較小的不足；另外，本發(fā)明的多層聯(lián)動折疊式摩擦發(fā)電機即使在往復運動速度較小或振動頻率較低的情況下也能獲得穩(wěn)定的輸出電流，拓寬了能量收集的范圍。
[0013]本發(fā)明多層聯(lián)動折疊式摩擦發(fā)電機的輸出性能是多種因素共同作用的結(jié)果(包括摩擦單元的數(shù)量、往復運動的頻率、摩擦層的接觸面積以及兩種摩擦層的摩擦性能等)，目前利用三層摩擦層制備的摩擦發(fā)電機的最佳輸出短路電流和開路電壓分別為200μΑ和900V，最大功率達7.2W/V(每層摩擦層有效接觸面積為25cm2)。在應用上，這種發(fā)電機產(chǎn)生的電流能同時點亮500個LED燈。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的多層聯(lián)動折疊式摩擦發(fā)電機具有結(jié)構簡單、成本低廉、經(jīng)久耐用、輸出電壓高、電流大，且輸出電壓和電流大小可調(diào)等特點，這種多層聯(lián)動折疊式摩擦發(fā)電機對波動能、振動能及其它往復性運動的能量均能有效收集。
[0015]本發(fā)明提供的多層聯(lián)動折疊式摩擦發(fā)電機的優(yōu)勢在于:
(I)通過對兩種摩擦層平行聯(lián)動折疊式的設計，使各摩擦層能嚴格地同時相向或相對運動，極大地提高了摩擦發(fā)電機的輸出電流和功率及其穩(wěn)定性，折疊式結(jié)構設計也能有效提高相同體積的摩擦發(fā)電機的摩擦面積。
[0016](2)所述第二摩擦層經(jīng)過電子注入預處理，這種方法的特點是使摩擦層的耐磨性增強、表面電荷密度增大，所述處理使得人們無需對摩擦層或電極層表面做微納結(jié)構改性即可獲得較高的輸出性能，不僅提高了摩擦發(fā)電機的堅固性和持久性，還降低了其制作成本和工藝難度，有利于推廣應用。
【附圖說明】
[0017]圖1是實施方式中多層聯(lián)動折疊式摩擦發(fā)電機的結(jié)構示意圖；
圖2是實施方式中多層聯(lián)動折疊式摩擦發(fā)電機電流產(chǎn)生原理示意圖；
圖3是實施方式中多層聯(lián)動折疊式摩擦發(fā)電機電壓產(chǎn)生原理示意圖；
圖4是實施方式中多層聯(lián)動折疊摩擦發(fā)電機的短路電流；
圖5是實施方式中多層聯(lián)動折疊摩擦發(fā)電機的電壓波形曲線。
[0018]圖中:1、基底;2、導電層;3、第一摩擦層;4、第二摩擦層;5、連接件;6、轉(zhuǎn)軸。
【具體實施方式】
[0019]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行清楚、完整地描述。應當理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0020]在本發(fā)明中，在未作相反說明的情況下，使用的方位詞如“上、下”是指示圖中的方向；“填充度”定義為接觸和分離過程中形成的面積。
[0021 ]如圖1所示，多層聯(lián)動折疊式摩擦發(fā)電機包括兩個第一摩擦單元和一個第二摩擦單元和用于連接第一摩擦單元、第二摩擦單元的連接件5;所述第一摩擦單元包括基底1、覆蓋在基底I上的導電層2和覆蓋在導電層2上的第一摩擦層3，所述第二摩擦單元包括基底1、覆蓋在基底I上的導電層2和覆蓋在導電層2上的第二摩擦層4，所述連接件5通過設置于基底I兩端的轉(zhuǎn)軸6將所有摩擦單元均勻且相對地連接在一起，連接件5圍繞轉(zhuǎn)軸6做旋轉(zhuǎn)運動，在往復性外力作用下，相對的第一摩擦層3和第二摩擦層4發(fā)生同步接觸和分離產(chǎn)生摩擦靜電荷，并使所述導電層2產(chǎn)生與該摩擦靜電荷等量的相反電荷。本發(fā)明中聯(lián)動結(jié)構的特點是所有的摩擦層同時相向或相對運動;第二摩擦層4經(jīng)過了電子注入預處理，這兩種特點的結(jié)合使得所述發(fā)電機具備了優(yōu)于其它類似發(fā)電機的輸出性能。
[0022]本實施方式中