具有嵌入式電極結(jié)構(gòu)的摩擦發(fā)電機(jī)及氧化鋅發(fā)電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及納米技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有嵌入式電極結(jié)構(gòu)的摩擦發(fā)電機(jī)及氧 化鋅發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 能源短缺是當(dāng)今人類社會面臨的重大問題，為了應(yīng)對這一問題，科學(xué)家們利用電 磁、壓電、靜電等原理研制了發(fā)電機(jī)，通過收集機(jī)械能并將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。其中，摩擦發(fā) 電機(jī)就是利用摩擦層之間的相互摩擦起電效應(yīng)，使與摩擦層接觸的電極產(chǎn)生感應(yīng)電荷，從 而輸出電能。然而摩擦發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率卻相對較低，從而限制了摩擦發(fā)電機(jī)在各方面的 應(yīng)用。另外，氧化鋅發(fā)電機(jī)也同樣存在著發(fā)電效率低的問題。
[0003] 因此，人們試圖通過各種方式來提高摩擦發(fā)電機(jī)和氧化鋅發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率。例 如，針對摩擦發(fā)電機(jī)，人們通過增大摩擦層之間的摩擦面積、加大摩擦力度、加快摩擦頻率 等方式來提高摩擦發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率，但是上述方式對于摩擦發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率的提高是 有限的。如何能夠進(jìn)一步提高摩擦發(fā)電機(jī)及氧化鋅發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率是人們需要解決的問 題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的發(fā)明目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種具有嵌入式電極結(jié)構(gòu)的摩 擦發(fā)電機(jī)及氧化鋅發(fā)電機(jī)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的摩擦發(fā)電機(jī)及氧化鋅發(fā)電機(jī)發(fā)電效率低 的問題。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種具有嵌入式電極結(jié)構(gòu)的摩擦發(fā)電機(jī)，包括：層疊 設(shè)置的第一薄膜層和第二薄膜層；第一薄膜層由第一電極和第一聚合物薄膜組成，其中，第 一聚合物薄膜與第二薄膜層相對設(shè)置的兩個表面之間形成摩擦界面；在第一薄膜層中，第 一電極的部分結(jié)構(gòu)嵌入至第一聚合物薄膜中。
[0006] 進(jìn)一步，第一電極包含第一外電極層和至少一層第一內(nèi)電極分層；第一外電極層 位于第一聚合物薄膜表面，作為摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電極；至少一層第一內(nèi)電極分層位于第 一聚合物薄膜內(nèi)部；第一外電極層與至少一層第一內(nèi)電極分層電性連接。
[0007] 進(jìn)一步，第一電極朝向第一聚合物薄膜的一側(cè)表面具有多個第一凸起部；第一聚 合物薄膜朝向第一電極的一側(cè)表面具有多個第一凹陷部；多個第一凸起部嵌入到多個第一 凹陷部中。
[0008] 進(jìn)一步，第一凸起部為棱柱狀或棱錐狀。
[0009] 進(jìn)一步，第二薄膜層至少包含第二電極；第一電極和第二電極為摩擦發(fā)電機(jī)的輸 出電極。
[0010] 進(jìn)一步，第二薄膜層還包含第二聚合物薄膜，第二聚合物薄膜設(shè)置在第二電極與 第一薄膜層相對的一側(cè)表面上。
[0011] 進(jìn)一步，在第二薄膜層中，第二電極的部分結(jié)構(gòu)嵌入至第二聚合物薄膜中。
[0012] 進(jìn)一步，第二電極包含第二外電極層和至少一層第二內(nèi)電極分層；第二外電極層 位于第二聚合物薄膜表面，作為摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電極；至少一層第二內(nèi)電極分層位于第 二聚合物薄膜內(nèi)部；第二外電極層與至少一層第二內(nèi)電極分層電性連接。
[0013] 進(jìn)一步，第二電極朝向第二聚合物薄膜的一側(cè)表面具有多個第二凸起部；第二聚 合物薄膜朝向第二電極的一側(cè)表面具有多個第二凹陷部；多個第二凸起部嵌入到多個第二 凹陷部中。
[0014] 進(jìn)一步，第二凸起部為棱柱狀或棱錐狀。
[0015] 進(jìn)一步，摩擦發(fā)電機(jī)還包括：居間層；居間層設(shè)置在第一薄膜層和第二薄膜層之 間。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種具有嵌入式電極結(jié)構(gòu)的氧化鋅發(fā)電機(jī)，包括： 依次層疊設(shè)置的第一薄膜層、氧化鋅納米線陣列、第二電極和基底；其中，第一薄膜層由第 一電極和第一聚合物薄膜組成，其中第一聚合物薄膜與氧化鋅納米線陣列接觸；第一薄膜 層為氧化鋅發(fā)電機(jī)中覆蓋在氧化鋅納米線陣列上的一層感應(yīng)電極層；在第一薄膜層中，第 一電極的部分結(jié)構(gòu)嵌入至第一聚合物薄膜中；第一電極和第二電極為氧化鋅發(fā)電機(jī)的輸出 電極。
[0017] 進(jìn)一步，第一電極包含第一外電極層和至少一層第一內(nèi)電極分層；第一外電極層 位于第一聚合物薄膜表面，作為氧化鋅發(fā)電機(jī)的輸出電極；至少一層第一內(nèi)電極分層位于 第一聚合物薄膜內(nèi)部；第一外電極層與至少一層第一內(nèi)電極分層電性連接。
[0018] 進(jìn)一步，第一電極朝向第一聚合物薄膜的一側(cè)表面具有多個第一凸起部；第一聚 合物薄膜朝向第一電極的一側(cè)表面具有多個第一凹陷部；多個第一凸起部嵌入到多個第一 凹陷部中。
[0019] 進(jìn)一步，第一凸起部為棱柱狀或棱錐狀。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明提供的技術(shù)方案，摩擦發(fā)電機(jī)及氧化鋅發(fā)電機(jī)都包括由第一電極和第 一聚合物薄膜組成的第一薄膜層，并將第一電極的部分結(jié)構(gòu)嵌入至第一聚合物薄膜的內(nèi) 部，從而增加了第一電極和第一聚合物薄膜的接觸面積，進(jìn)而增加了第一薄膜層產(chǎn)生的感 應(yīng)電荷量，提高了摩擦發(fā)電機(jī)和氧化鋅發(fā)電機(jī)的輸出電流及發(fā)電效率。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明提供的第一薄膜層實(shí)施例一的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖2為本發(fā)明提供的第一薄膜層實(shí)施例二的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖3為本發(fā)明提供的第一薄膜層實(shí)施例三的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖4為本發(fā)明提供的第一薄膜層實(shí)施例四的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖5為本發(fā)明提供的具有嵌入式電極結(jié)構(gòu)的摩擦發(fā)電機(jī)實(shí)施例一的截面結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0026] 圖6為本發(fā)明提供的具有嵌入式電極結(jié)構(gòu)的摩擦發(fā)電機(jī)實(shí)施例二的截面結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0027] 圖7為本發(fā)明提供的具有嵌入式電極結(jié)構(gòu)的摩擦發(fā)電機(jī)實(shí)施例三的截面結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0028] 圖8為本發(fā)明提供的具有嵌入式電極結(jié)構(gòu)的摩擦發(fā)電機(jī)實(shí)施例四的截面結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0029] 圖9為本發(fā)明提供的具有嵌入式電極結(jié)構(gòu)的摩擦發(fā)電機(jī)實(shí)施例五的截面結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0030] 圖10為本發(fā)明提供的具有嵌入式電極結(jié)構(gòu)的摩擦發(fā)電機(jī)實(shí)施例六的截面結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0031] 圖11為本發(fā)明提供的具有嵌入式電極結(jié)構(gòu)的摩擦發(fā)電機(jī)實(shí)施例七的截面結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0032] 圖12為本發(fā)明提供的具有嵌入式電極結(jié)構(gòu)的摩擦發(fā)電機(jī)實(shí)施例八的截面結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0033] 圖13為本發(fā)明提供的具有嵌入式電極結(jié)構(gòu)的摩擦發(fā)電機(jī)實(shí)施例九的截面結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0034] 圖14為本發(fā)明提供的具有嵌入式電極結(jié)構(gòu)的氧化鋅發(fā)電機(jī)實(shí)施例的截面結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0035] 圖15為與摩擦發(fā)電機(jī)實(shí)施例九相對應(yīng)的原始結(jié)構(gòu)的摩擦發(fā)電機(jī)的截面結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0036] 圖16為兩個摩擦發(fā)電機(jī)開路電壓的測試數(shù)據(jù)；
[0037] 圖17為兩個摩擦發(fā)電機(jī)短路電流的測試數(shù)據(jù)。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 為充分了解本發(fā)明之目的、特征及功效，借由下述具體的實(shí)施方式，對本發(fā)明做詳 細(xì)說明，但本發(fā)明并不僅僅限于此。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種具有嵌入式電極結(jié)構(gòu)的摩擦發(fā)電機(jī)，包括：層 疊設(shè)置的第一薄膜層和第二薄膜層；第一薄膜層由第一電極和第一聚合物薄膜組成，第一 聚合物薄膜與第二薄膜層相對設(shè)置的兩個表面之間形成摩擦界面。在第一薄膜層中，第一 電極的部分結(jié)構(gòu)嵌入至第一聚合物薄膜中。
[0040] 將第一電極的部分結(jié)構(gòu)嵌入至第一聚合物薄膜中的方式可以有許多種。具體地 說，第一電極可包含第一外電極層和至少一層第一內(nèi)電極分層，其中，第一外電極層位于第 一聚合物薄膜表面，作為摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電極，至少一層第一內(nèi)電極分層位于第一聚合 物薄膜內(nèi)部，第一外電極層與至少一層第一內(nèi)電極分層電性連接；或者，第一電極朝向第一 聚合物薄膜的一側(cè)表面具有多個第一凸起部，第一聚合物薄膜朝向第一電極的一側(cè)表面具 有多個第一凹陷部，多個第一凸起部嵌入到多個第一凹陷部中。
[0041] 圖1為本發(fā)明提供的第一薄膜層實(shí)施例一的截面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，第一薄 膜層由第一電極101和第一聚合物薄膜104組成。第一電極101包含第一外電極層102和 一層第一內(nèi)電極分層103,其中，第一外電極層102位于第一聚合物薄膜104表面，作為摩 擦發(fā)電機(jī)的輸出電極，一層第一內(nèi)電極分層103位于第一聚合物薄膜104內(nèi)部，第一外電極 層102與這一層第一內(nèi)電極分層103電性連接，也就是說在第一聚合物薄膜104內(nèi)部嵌入 了一層第一內(nèi)電極分層103,從而增加了第一電極101與第一聚合物薄膜104的接觸面積， 進(jìn)而增加了第一薄膜層中的第一電極101在靜電感應(yīng)原理下產(chǎn)生的感應(yīng)電荷量，提高了摩 擦發(fā)電機(jī)的輸出電流及發(fā)電效率。
[0042]