一種摩擦發(fā)電機(jī)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種摩擦發(fā)電機(jī)，該摩擦發(fā)電機(jī)包括依次設(shè)置的第一電極、第一高分子聚合物層和第二電極；其中所述第一電極和第二電極相對(duì)設(shè)置，第一高分子聚合物層設(shè)置在第一電極和第二電極之間，所述第一電極和第二電極為摩擦發(fā)電機(jī)電壓和電流輸出電極。本實(shí)用新型采用加入電荷控制劑使得發(fā)電機(jī)的輸出功率提高，電流輸出和電壓輸出均有很大的提高，同時(shí)充電速度更快。
【專利說(shuō)明】
一種摩擦發(fā)電機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種摩擦發(fā)電機(jī)，具體地，本實(shí)用新型涉及一種具有層結(jié)構(gòu)的摩擦發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]采用納米技術(shù)構(gòu)建的能量收集和轉(zhuǎn)換裝置，在自供電納米系統(tǒng)中起關(guān)鍵作用，由于其環(huán)保、節(jié)能、自驅(qū)動(dòng)性質(zhì)而日益受到廣泛關(guān)注。隨著壓電納米發(fā)電機(jī)首次將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能以來(lái)，以壓電和摩擦電為基礎(chǔ)的不同結(jié)構(gòu)和材料的納米發(fā)電機(jī)相繼問(wèn)世。目前，納米發(fā)電機(jī)已能夠驅(qū)動(dòng)小型液晶顯示屏、低功率發(fā)光二極管以及微型電子器件和模塊等，但是發(fā)電機(jī)的輸出功率仍然是制約其發(fā)展和應(yīng)用的關(guān)鍵因素。
[0003]因此，尋找能夠高功率輸出，并且充電速度較快的納米發(fā)電機(jī)成為業(yè)界目前亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有納米摩擦發(fā)電機(jī)輸出功率低，充電速度慢的缺陷，提供一種輸出功率高同時(shí)充電速度更快的摩擦發(fā)電機(jī)。
[0005]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供的第一技術(shù)方案是一種摩擦發(fā)電機(jī)，該摩擦發(fā)電機(jī)包括依次設(shè)置的第一電極、第一高分子聚合物層和第二電極;其中所述第一電極和第二電極相對(duì)設(shè)置，第一高分子聚合物層設(shè)置在第一電極和第二電極之間，所述第一電極和第二電極為摩擦發(fā)電機(jī)電壓和電流輸出電極。
[0006]其中，所述第一高分子聚合物層的一側(cè)表面為包含有電荷控制劑的復(fù)合層結(jié)構(gòu)。
[0007]所述第一高分子聚合物層與第二電極之間設(shè)置有第二高分子聚合物層。
[0008]其中，所述第一高分子聚合物層和第二高分子聚合物層相對(duì)設(shè)置的表面中的至少一個(gè)表面為包含電荷控制劑的復(fù)合層結(jié)構(gòu)。
[0009]其中，所述第一高分子聚合物層和第二高分子聚合物層之間設(shè)置有居間薄膜層。
[0010]其中，所述第一高分子聚合物層、居間薄膜層及第二高分子聚合物層的相對(duì)設(shè)置的表面中至少一個(gè)表面為包含電荷控制劑的復(fù)合層結(jié)構(gòu)。
[0011]其中，所述第一高分子聚合物層、第二高分子聚合物層和/或居間薄膜層相對(duì)設(shè)置的表面中至少一個(gè)表面上設(shè)置有微納凹凸結(jié)構(gòu)；所述微納凹凸結(jié)構(gòu)的凸起高度為50nm-300nmo
[0012]其中，所述第一電極和第二電極所用材料分別獨(dú)立的選自金、銀、鉑、鋁、鎳、銅、
鈦、鉻、錫中的任意一種。
[0013]其中，所述電荷控制劑選自如下化合物中的一種:三苯甲烷類化合物、銨的化合物、亞銨化合物、氟化的銨化合物、氟化的亞銨化合物、雙陽(yáng)離子酸酰胺衍生物、聚合的銨化合物、二烯丙基銨化合物、二芳基硫醚化合物、酚化合物、鱗化合物，氟取代鱗化合物、鉻偶氮配合物。
[0014]其中，所述第一高分子聚合物絕緣層、居間薄膜層和第二高分子聚合物絕緣層的材質(zhì)不同。
[0015]其中，所述第一高分子聚合物絕緣層、居間薄膜層和第二高分子聚合物絕緣層所用材料分別獨(dú)立地選自聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和聚苯乙烯中的一種。
[0016]本實(shí)用新型采用加入電荷控制劑使得發(fā)電機(jī)的輸出功率提高，電流輸出和電壓輸出均有很大的提高，同時(shí)充電速度更快。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本實(shí)用新型一種【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是本實(shí)用新型一種【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3是本實(shí)用新型一種【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4是本實(shí)用新型樣品電壓測(cè)定結(jié)果；
[0021]圖5是本實(shí)用新型樣品充電時(shí)間測(cè)定結(jié)果；
[0022]其中:1-第一電極;2-第一高分子聚合物層;3-第二電極；
[0023]4-第二高分子聚合物層;5-居間薄膜層。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為充分了解本實(shí)用新型之目的、特征及功效，借由下述具體的實(shí)施方式，對(duì)本實(shí)用新型做詳細(xì)說(shuō)明。
[0025]在一種【具體實(shí)施方式】中，本實(shí)用新型提供了一種摩擦發(fā)電機(jī)，如圖1所示，該摩擦發(fā)電機(jī)包括依次設(shè)置的第一電極(1)、第一高分子聚合物層(2)和第二電極(3);其中所述第一電極(I)和第二電極(3)相對(duì)設(shè)置，第一高分子聚合物層(2)設(shè)置在第一電極(I)和第二電極(3)之間，所述第一電極(I)和第二電極(3)是摩擦發(fā)電機(jī)電壓和電流輸出電極。
[0026]在另外一種【具體實(shí)施方式】中，本實(shí)用新型提供了一種摩擦發(fā)電機(jī)，如圖2所示，該摩擦發(fā)電機(jī)包括依次設(shè)置的第一電極(I)、第一高分子聚合物層(2)、第二高分子聚合物層
(4)和第二電極(3);其中所述第一電極(I)和第二電極(3)相對(duì)設(shè)置，第一高分子聚合物層
(2)和第二高分子聚合物層(4)依次設(shè)置在第一電極(I)和第二電極(3)之間，所述第一電極
(I)和第二電極(3)是摩擦發(fā)電機(jī)電壓和電流輸出電極。
[0027]在另外一種【具體實(shí)施方式】中，本實(shí)用新型提供了一種摩擦發(fā)電機(jī)，如圖3所示，該摩擦發(fā)電機(jī)包括依次設(shè)置的第一電極(I)、第一高分子聚合物層(2)、居間薄膜層(5)、第二高分子聚合物層(4)和第二電極(3);其中所述第一電極(I)和第二電極(3)相對(duì)設(shè)置，第一高分子聚合物層(2)、居間薄膜層(5)和第二高分子聚合物層(4)依次設(shè)置在第一電極(I)和第二電極(3)之間，所述第一電極(I)和第二電極(3)是摩擦發(fā)電機(jī)電壓和電流輸出電極。
[0028]進(jìn)一步地，本實(shí)用新型提供一種摩擦發(fā)電機(jī)，其包含與上述類似的結(jié)構(gòu)，只是在其第一高分子聚合物層、第二高分子聚合物層相對(duì)設(shè)置的表面，以及第一高分子聚合物層、第二高分子聚合物層和/或居間薄膜層的相對(duì)設(shè)置的表面中至少一個(gè)表面為包含電荷控制劑的復(fù)合層結(jié)構(gòu)(圖未示)，若相對(duì)設(shè)置的表面同時(shí)為包含電荷控制劑的復(fù)合層結(jié)構(gòu)，則兩個(gè)復(fù)合層結(jié)構(gòu)所包含的電荷控制劑的電性相反。
[0029]優(yōu)選地，所述電荷控制劑選自如下化合物中的一種:三苯甲烷類化合物、銨的化合物、亞銨化合物、氟化的銨化合物、氟化的亞銨化合物、雙陽(yáng)離子酸酰胺衍生物、聚合的銨化合物、二烯丙基銨化合物、二芳基硫醚化合物、酚化合物、鱗化合物，氟取代鱗化合物、鉻偶氮配合物。更優(yōu)選地，所述電荷控制劑為鉻偶氮配合物類電荷控制劑DL-N32CA。更優(yōu)選地，所述電荷控制劑的添加量為0.1%_30%(電荷控制劑占高分子聚合物的質(zhì)量百分比)。由于加入電荷控制劑使本實(shí)用新型的摩擦發(fā)電機(jī)的充電速度更快，輸出電流和電壓更高。
[0030]優(yōu)選地，所述第一高分子聚合物層、居間薄膜層、第二高分子聚合物層至少一個(gè)表面上設(shè)置有微納凹凸結(jié)構(gòu);所述微納凹凸結(jié)構(gòu)的凸起高度為50nm-300nm。通過(guò)在高分子聚合物層上設(shè)置有各種微納凹凸結(jié)構(gòu)，從而使高分子聚合物層的表面積增大，具有更高的輸出功率。
[0031]優(yōu)選地，所述第一電極和第二電極所用材料分別獨(dú)立的選自金、銀、鉑、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、錫中的任意一種;第一高分子聚合物絕緣層、居間薄膜層和第二高分子聚合物絕緣層所用材料分別選自聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和聚苯乙烯中的一種。
[0032]實(shí)施例
[0033]實(shí)施例1
[0034]本實(shí)施例摩擦發(fā)電機(jī)的尺寸為2cm*2cm，總厚度大約1000微米，該摩擦發(fā)電機(jī)包括依次設(shè)置的第一電極(I)、第一高分子聚合物層(2)、第二高分子聚合物層(4)和第二電極(3);其中所述第一電極(I)和第二電極(3)相對(duì)設(shè)置，第一高分子聚合物層(2)和第二高分子聚合物層(4)依次設(shè)置在第一電極(I)和第二電極(3)之間，所述第一電極(I)和第二電極
(3)為摩擦發(fā)電機(jī)電壓和電流輸出電極。
[0035]采用聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜作為第一高分子聚合物層(2)，采用聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜作為第二高分子聚合物層(4)。第一高分子聚合物層(2)的一個(gè)表面上鍍厚度10nm的金薄膜，該金薄膜即為第一電極(I)，采用厚度50μπι的銅箔作為第二電極(3);得到摩擦發(fā)電機(jī)樣品1#。該摩擦發(fā)電機(jī)的邊緣用普通膠布密封。
[0036]實(shí)施例2
[0037]本實(shí)施例摩擦發(fā)電機(jī)的尺寸為2cm*2cm，總厚度大約1000微米，該摩擦發(fā)電機(jī)包括依次設(shè)置的第一電極(I)、第一高分子聚合物層(2)、第二高分子聚合物層(4)和第二電極
(3);其中所述第一電極(I)和第二電極(3)相對(duì)設(shè)置，第一高分子聚合物層(2)和第二高分子聚合物層(4)依次設(shè)置在第一電極(I)和第二電極(3)之間，所述第一電極(I)和第二電極
(3)為摩擦發(fā)電機(jī)電壓和電流輸出電極，第一高分子聚合物層(2)為包含電荷控制劑的復(fù)合層結(jié)構(gòu)。
[0038]采用聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜作為第一高分子聚合物層(2)，所述電荷控制劑DL-N32CA的摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.98%，采用聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜作為第二高分子聚合物層(4)。第一高分子聚合物層(2)的一個(gè)表面上鍍厚度10nm的金薄膜，該金薄膜即為第一電極(I)，采用厚度50μπι的銅箔作為第二電極(3);得到摩擦發(fā)電機(jī)樣品2#。該摩擦發(fā)電機(jī)的邊緣用普通膠布密封。
[0039]將上述實(shí)施例制備得到摩擦發(fā)電機(jī)在環(huán)境溫度25°C;環(huán)境濕度30%RH的條件下進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)行電壓測(cè)試時(shí)，敲擊頻率5Hz，敲擊外力10—一60N;進(jìn)行電流測(cè)試時(shí)，敲擊頻率5Hz，敲擊外力40N;進(jìn)行充電測(cè)試時(shí)，敲擊頻率5Hz，敲擊外力40N，充電電容lyF。測(cè)試結(jié)果:電壓:壓強(qiáng)為1Pa時(shí)，正向電壓提升6.9%，負(fù)向電壓提升15.56%，具體詳見(jiàn)附圖4。電流測(cè)定:樣品I 1.6 μ A;樣品2 1.8 μ A。充電時(shí)間:給予相同電壓6 V時(shí)，樣品I #的充電時(shí)間80.37s;樣品2#的充電時(shí)間70.46s，具體見(jiàn)附圖5。
[0040]上述方案包含首選實(shí)施例和該項(xiàng)實(shí)用新型的最佳模式時(shí)，上述實(shí)施例只作為說(shuō)明性例子給出。對(duì)該說(shuō)明中揭露的特定實(shí)施例的許多異化，不偏離該項(xiàng)實(shí)用新型的精神和范圍的話，將是容易鑒別的。因此，該項(xiàng)實(shí)用新型的范圍將通過(guò)所附的權(quán)利要求確定，而不限于上面特別描述的實(shí)施例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于，該摩擦發(fā)電機(jī)包括依次設(shè)置的第一電極、第一高分子聚合物層和第二電極;其中所述第一電極和第二電極相對(duì)設(shè)置，第一高分子聚合物層設(shè)置在第一電極和第二電極之間，所述第一高分子聚合物層的一側(cè)表面為包含有電荷控制劑的復(fù)合層結(jié)構(gòu)，所述第一電極和第二電極為摩擦發(fā)電機(jī)電壓和電流輸出電極。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述第一高分子聚合物層與第二電極之間設(shè)置有第二高分子聚合物層。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述第一高分子聚合物層和第二高分子聚合物層相對(duì)設(shè)置的表面中的至少一個(gè)表面為包含電荷控制劑的復(fù)合層結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述第一高分子聚合物層和第二高分子聚合物層之間設(shè)置有居間薄膜層。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述第一高分子聚合物層、居間薄膜層及第二高分子聚合物層相對(duì)設(shè)置的表面中至少一個(gè)表面為包含電荷控制劑的復(fù)合層結(jié)構(gòu)。6.根據(jù)權(quán)利要求4或5任一項(xiàng)所述的摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述第一高分子聚合物層、第二高分子聚合物層和/或居間薄膜層相對(duì)設(shè)置的表面中的至少一個(gè)表面上設(shè)置有微納凹凸結(jié)構(gòu);所述微納凹凸結(jié)構(gòu)的凸起高度為50nm-300nm。7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述第一電極和第二電極所用材料分別獨(dú)立的選自金、銀、鉑、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、錫中的任意一種。8.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述電荷控制劑選自如下化合物中的一種:三苯甲烷類化合物、銨的化合物、亞銨化合物、氟化的銨化合物、氟化的亞銨化合物、雙陽(yáng)離子酸酰胺衍生物、聚合的銨化合物、二烯丙基銨化合物、二芳基硫醚化合物、酚化合物、鱗化合物，氟取代鱗化合物、鉻偶氮配合物。9.根據(jù)權(quán)利要求4或5任一項(xiàng)所述的摩擦發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述第一高分子聚合物絕緣層、居間薄膜層和第二高分子聚合物絕緣層所用材料分別獨(dú)立地選自聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和聚苯乙烯中的一種。
【文檔編號(hào)】H02N1/04GK205430089SQ201521027294
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2015年12月10日
【發(fā)明人】崔婧, 孫利佳, 王珊, 趙豪
【申請(qǐng)人】納智源科技（唐山）有限責(zé)任公司