一種多層聯動折疊式摩擦發電機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于發電機技術領域，具體涉及一種多層聯動折疊式摩擦發電機。
【背景技術】
[0002]利用對環境破壞較小和自然資源消耗較少的新型發電形式對自然界的動能進行有效收集具有重要的現實意義。另外，微型自驅動系統和便攜式電子設備的廣泛應用要求發電裝置要兼具較高的發電效率和便于攜帶、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象，近年來，利用摩擦電效應的摩擦發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化成了電能，并能為環境治理、傳感器以及發光器件等提供電能。摩擦發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生靜電荷，結合靜電感應效應將機械能轉化成電能，具有結構簡單和輸出性能高的特點。
[0004]現有摩擦發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、電流輸出不穩定和制備成本高等問題，從而限制了摩擦發電機在實際生活中的應用。
【發明內容】
[0005]為了解決現有技術的不足，本發明提供了一種多層聯動折疊式摩擦發電機，用于解決將往復伸縮或震動的能量轉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，本發明采用的技術方案是:一種多層聯動折疊式摩擦發電機，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，連接件圍繞轉軸做旋轉運動，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軸的作用同時作相向或相對運動進而實現該第一摩擦層和第二摩擦層的同步分離和接觸。
[0007]所述多層聯動折疊式摩擦發電機在往復性外力的作用下發生同步接觸和分離，以使相對的第一摩擦層和第二摩擦層之間的靜電荷發生移動，致使所述導電層間的感應電勢發生周期性變化，驅動電子流動并向外電路輸送出交流電。所述第二摩擦層經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]本發明的結構特點還包括:
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]所述連接件為旋轉連接件，材質為絕緣材料，如硬質薄板、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]本發明設計并制作的一種新型多層聯動折疊式摩擦發電機，摩擦層經過了電子注入預處理，提高了摩擦層的電荷密度和耐磨性;發電機結構為多層聯動折疊式設計，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生接觸和分離，增加了電流和電壓輸出的穩定性;摩擦層的數量可方便地增加或減少，可以克服普通摩擦發電機電流較小的不足；另外，本發明的多層聯動折疊式摩擦發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定的輸出電流，拓寬了能量收集的范圍。
[0013]本發明多層聯動折疊式摩擦發電機的輸出性能是多種因素共同作用的結果(包括摩擦單元的數量、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，這種發電機產生的電流能同時點亮500個LED燈。
[0014]本發明的有益效果是:本發明的多層聯動折疊式摩擦發電機具有結構簡單、成本低廉、經久耐用、輸出電壓高、電流大，且輸出電壓和電流大小可調等特點，這種多層聯動折疊式摩擦發電機對波動能、振動能及其它往復性運動的能量均能有效收集。
[0015]本發明提供的多層聯動折疊式摩擦發電機的優勢在于:
(I)通過對兩種摩擦層平行聯動折疊式的設計，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電機的輸出電流和功率及其穩定性，折疊式結構設計也能有效提高相同體積的摩擦發電機的摩擦面積。
[0016](2)所述第二摩擦層經過電子注入預處理，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構改性即可獲得較高的輸出性能，不僅提高了摩擦發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動折疊式摩擦發電機的結構示意圖；
圖2是實施方式中多層聯動折疊式摩擦發電機電流產生原理示意圖；
圖3是實施方式中多層聯動折疊式摩擦發電機電壓產生原理示意圖；
圖4是實施方式中多層聯動折疊摩擦發電機的短路電流；
圖5是實施方式中多層聯動折疊摩擦發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、轉軸。
【具體實施方式】
[0019]以下將結合附圖對本發明的【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明，并不用于限制本發明。
[0020]在本發明中，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，多層聯動折疊式摩擦發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圍繞轉軸6做旋轉運動，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發生同步接觸和分離產生摩擦靜電荷，并使所述導電層2產生與該摩擦靜電荷等量的相反電荷。本發明中聯動結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經過了電子注入預處理，這兩種特點的結合使得所述發電機具備了優于其它類似發電機的輸出性能。
[0022]本實施方式中