本发明涉及纳米新能源技术领域,尤指一种摩擦发电机、其制作方法及发电方法。
背景技术:
摩擦纳米发电机是一种能够收集生活中的机械能,并能够将其转化为电能,以驱动电子器件正常工作的器件,因摩擦纳米发电机的体积较小,质量较轻,所以可以大大降低电子器件的重量,以实现便携化的设计。
然而,由于摩擦纳米发电机的输出较小,例如,输出电流仅在纳安数量级或微安数量级,限制了其在电子器件中的实际应用。
因此,如何调整摩擦纳米发电机的输出性能,是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现要素:
本发明实施例提供了一种摩擦发电机、其制作方法及发电方法,用以调整摩擦纳米发电机的输出性能。
第一方面,本发明实施例提供了一种摩擦发电机,包括驻极体和发电机;
其中,所述发电机包括两个摩擦结构,两个所述摩擦结构在外力作用下发生接触和分离,以输出电信号;
其中一个所述摩擦结构包括相对而置的摩擦层和电极层,所述驻极体设置于所述摩擦层和所述电极层之间,所述驻极体用于调整所述发电机输出的所述电信号的大小。
可选地,在本发明实施例中,所述发电机为双电极结构的发电机,所述驻极体设置于任一所述摩擦结构中;
或,所述发电机为单电极结构的发电机,所述发电机包括:第一摩擦结构和第二摩擦结构,所述第一摩擦结构包括:相对而置的第一摩擦层和第一电极层,所述第一电极层与接地端电连接,所述驻极体设置于所述第一摩擦层和所述第一电极层之间。
可选地,在本发明实施例中,所述摩擦层采用具有强吸负电荷能力的绝缘材料制作;
所述驻极体包括:相对而置的第一表面和第二表面,所述第一表面具有正电荷,所述第二表面具有负电荷;
所述第一表面与所述第一摩擦层直接接触,所述驻极体用于:增加所述发电机输出的电信号;或,所述第二表面与所述第一摩擦层直接接触,所述驻极体用于:降低所述发电机输出的电信号。
可选地,在本发明实施例中,所述驻极体包括:相对而置的第一表面和第二表面,所述第一表面包括带有正电荷功能性基团的带电颗粒,所述第二表面包括带有负电荷功能性基团的带电颗粒;
所述带电颗粒的直径为10纳米至100纳米。
可选地,在本发明实施例中,所述带有正电荷功能性基团的带电颗粒为:聚乙烯亚胺修饰后的碳纳米管颗粒、聚乙烯亚胺修饰后的二氧化硅颗粒或聚乙烯亚胺修饰后的氧化铁颗粒;
所述带有负电荷功能性基团的带电颗粒为:酸化处理后的碳纳米管颗粒、羧基化的碳纳米管颗粒、羧基化的二氧化硅颗粒或羧基化的二氧化钛颗粒。
可选地,在本发明实施例中,所述驻极体的厚度为100微米至1000微米。
第二方面,本发明实施例提供了一种如本发明实施例提供的上述摩擦发电机的制作方法,包括:
制作驻极体;
分别制作两个摩擦结构;其中,至少一个所述摩擦结构包括相对而置的摩擦层和电极层,所述驻极体设置于所述摩擦层和所述电极层之间;
将两个所述摩擦结构组合,形成所述摩擦发电机。
可选地,在本发明实施例中,所述制作驻极体,具体包括:
制作模版;其中,所述模版包括:相对而置的第一导电结构和第二导电结构、以及位于所述第一导电结构和所述第二电极之间的环状间隔结构;
制备包括带有正电荷功能性基团的带电颗粒、以及带有负电荷功能性基团的带电颗粒的复合溶液;
将所述复合溶液注入至所述模版的所述环状间隔结构中,并对注入有所述复合溶液的所述模版进行电泳和固化处理,得到固化膜,将该固化膜确定为所述驻极体;
将所述驻极体从所述模版中取出。
可选地,在本发明实施例中,对注入有所述复合溶液的所述模版进行电泳和固化处理,具体包括:
对注入有所述复合溶液的所述模版施加预设电压进行电泳处理,以使所述带有正电荷功能性基团的带电颗粒、以及所述带有负电荷功能性基团的带电颗粒分别向所述第一导电结构和所述第二导电结构移动;
在所述电泳处理进行预设时间后,对注入有所述复合溶液的所述模版进行固化处理,且继续对注入有所述复合溶液的所述模版施加所述预设电压进行电泳处理。
第三方面,本发明实施例提供了一种发电方法,包括:
提供一如本发明实施例提供的上述摩擦发电机;
对所述摩擦发电机施加外力,以使两个所述摩擦结构在外力作用下发生接触和分离;
输出电信号。
本发明有益效果如下:
本发明实施例提供的一种摩擦发电机、其制作方法及发电方法,通过在摩擦发电机中增加驻极体,且其中一个摩擦结构包括相对而置的摩擦层和电极层,驻极体设置于摩擦层和电极层之间,使得驻极体可以调整摩擦层表面所带的电荷量,进而可以对发电机输出的电信号的大小进行调整,从而实现对摩擦发电机的输出性能进行调整,以适应不同应用场景的需要,拓展了摩擦发电机的适用范围。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的一种摩擦发电机的结构示意图;
图2为本发明实施例中提供的另一种摩擦发电机的结构示意图;
图3为与图1对应的工作原理示意图;
图4为与图1对应的另一种工作原理示意图;
图5为单电极结构的发电机的工作原理示意图;
图6为双电极结构的发电机的工作原理示意图;
图7为与图2对应的工作原理示意图;
图8为与图2对应的另一种工作原理示意图;
图9为本发明实施例中提供的一种摩擦发电机的制作方法的流程图;
图10为本发明实施例中提供的制作驻极体的方法的流程图;
图11为驻极体的制作原理的示意图;
图12为本发明实施例中提供的一种发电方法的流程图。
其中,10-驻极体,20-发电机,21-摩擦结构、第一摩擦结构,22-摩擦结构、第二摩擦结构,21a-第一摩擦层,21b-第一电极层,22a-第二摩擦层,22b-第二电极层,b1-第一表面,b2-第二表面,m1-第一导电结构,m2-第二导电结构,m3-环状间隔结构,r-驻极体。
具体实施方式
下面将结合附图,对本发明实施例提供的一种摩擦发电机、其制作方法及发电方法的具体实施方式进行详细地说明。需要说明的是,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种摩擦发电机,如图1和图2所示,可以包括驻极体10和发电机20;
其中,发电机20包括两个摩擦结构(如21和22),两个摩擦结构在外力作用下发生接触和分离,以输出电信号;
其中一个摩擦结构包括相对而置的摩擦层(如21a或22a)和电极层(如21b和22b),驻极体10设置于摩擦层和电极层之间,驻极体10用于调整发电机20输出的电信号的大小。
在本发明实施例中,通过在摩擦发电机中增加驻极体10,且其中一个摩擦结构包括相对而置的摩擦层和电极层,驻极体10设置于摩擦层和电极层之间,使得驻极体10可以调整摩擦层表面所带的电荷量,进而可以对发电机20输出的电信号的大小进行调整,从而实现对摩擦发电机的输出性能进行调整,以适应不同应用场景的需要,拓展了摩擦发电机的适用范围。
在具体实施时,在本发明实施例中,对发电机20的结构设置,可以包括以下几种情况:
情况1、发电机为单电极结构的发电机。
可选地,如图1所示,发电机20包括:第一摩擦结构21和第二摩擦结构22,第一摩擦结构21包括:相对而置的第一摩擦层21a和第一电极层21b,第一电极层21b与接地端gnd电连接;
此时,驻极体10设置于第一摩擦层21a和第一电极层21b之间。
如此,可以通过驻极体10对第一摩擦层21a表面所带的电荷量(或者说电荷密度)进行调整,以调整单电极结构的发电机20输出的电信号的大小,从而实现对摩擦发电机的输出性能的调节。
可选地,在本发明实施例中,如图3和图4所示,驻极体10可以包括:相对而置的第一表面b1和第二表面b2,第一表面b1具有正电荷,第二表面b2具有负电荷;
若摩擦层采用具有强吸负电荷能力的绝缘材料制作,也即第一摩擦层21a采用具有强吸负电荷能力的绝缘材料制作时,此时:
第一表面b1与第一摩擦层21a直接接触(如图3所示),驻极体10用于:增加发电机20输出的电信号;
或,第二表面b2与第一摩擦层21a直接接触(如图4所示),驻极体10用于:降低发电机20输出的电信号。
其中,为了能够说明驻极体10对摩擦发电机的输出性能的调节作用,首先,对单电极结构的发电机20的工作原理进行说明,具体包括:
参见图5所示,第二摩擦结构22仅包括第二摩擦层22a,当然,第二摩擦结构还可以包括与第二摩擦层相对而置的第二电极层(未给出图示),此处并不限定;其中,第一摩擦层21a可以采用具有强吸负电荷能力的绝缘材料制作,第二摩擦层22a可以具有强吸正电荷能力的绝缘材料制作,此时:
在外力作用下第一摩擦层21a与第二摩擦层22a接触,在静电感应的作用下,使得第一摩擦层21a与第二摩擦层22a相接触的表面感应出负电荷,第二摩擦层22a与第一摩擦层21a相接触的表面感应出正电荷,如图5中的i状态;
在外力作用下第一摩擦层21a与第二摩擦层22a开始分离,由于第一摩擦层21a表面带有负电荷,可以使得第一电极层21b与接地端gnd之间形成感应电势差,为了平衡这种感应电势差,电子可以从第一电极层21b传输至接地端gnd,从而向外输出电信号(如图5中的ii状态),直至处于图5中的iii状态,输出的电信号达到峰值;
在外力作用下第一摩擦层21a与第二摩擦层22a开始相互靠近,同样是在静电感应的作用下,使得电子可以从接地端gnd回到第一电极层21b,以回到图5中的i状态。
因此,在外力作用下,通过第一摩擦层21a与第二摩擦层22a的接触和分离,使得发电机20可以输出交流信号,从而将机械能转换为电能。
参见图3所示,在第一表面b1与第一摩擦层21a直接接触时,驻极体10调节摩擦发电机的输出性能的工作原理,具体包括:
在外力作用下第一摩擦层21a与第二摩擦层22a接触,在静电感应的作用下,使得第一摩擦层21a与第二摩擦层22a相接触的表面感应出负电荷,第二摩擦层22a与第一摩擦层21a相接触的表面感应出正电荷;但是,因第一摩擦层21a与第一表面b1接触,且第一表面b1具有正电荷,该第一表面b1可以使得第一摩擦层21a感应出负电荷,进而使得第一摩擦层21a具有较多的负电荷,同时第二摩擦层22a可以具有较多的正电荷,如图3中的i状态,如此,增加了第一摩擦层21a和第二摩擦层22a的电荷密度;
在外力作用下第一摩擦层21a与第二摩擦层22a开始分离,由于第一摩擦层21a表面带有负电荷,可以使得第一电极层21b与接地端gnd之间形成感应电势差,为了平衡这种感应电势差,电子可以从第一电极层21b传输至接地端gnd,从而向外输出电信号(如图3中的ii状态),直至图3中的iii状态,输出达到峰值;由于第一摩擦层21a具有较多的负电荷,所以有较多的电子可以从第一电极层21b传输至接地端gnd,使得输出的电信号要大于图5中的结构输出的电信号;
在外力作用下第一摩擦层21a与第二摩擦层22a开始相互靠近,同样是在静电感应的作用下,使得较多的电子可以从接地端gnd回到第一电极层21b,以回到图3中的i状态。
因此,图3所示的结构与图5所示的结构相比,在外力作用下,通过第一摩擦层21a与第二摩擦层22a的接触和分离、以及驻极体10的作用,可以增加发电机20输出的电信号,从而将机械能转换为较多的电能,提高了摩擦发电机的输出性能。
参见图4所示,在第二表面b2与第一摩擦层21a直接接触时,驻极体10调节摩擦发电机的输出性能的工作原理,具体包括:
在外力作用下第一摩擦层21a与第二摩擦层22a接触,在静电感应的作用下,使得第一摩擦层21a与第二摩擦层22a相接触的表面感应出负电荷,第二摩擦层22a与第一摩擦层21a相接触的表面感应出正电荷;但是,因第一摩擦层21a与第二表面b2接触,且第二表面b2具有负电荷,该第二表面b2可以使得第一摩擦层21a感应出正电荷,该正电荷可以与负电荷形成抵消,使得第一摩擦层21a具有的负电荷减少,同时第二摩擦层22a具有的正电荷同样减少,如图4中的i状态,如此,降低了第一摩擦层21a和第二摩擦层22a的电荷密度;
在外力作用下第一摩擦层21a与第二摩擦层22a开始分离,由于第一摩擦层21a表面带有负电荷,可以使得第一电极层21b与接地端gnd之间形成感应电势差,为了平衡这种感应电势差,电子可以从第一电极层21b传输至接地端gnd,从而向外输出电信号(如图4中的ii状态),直至图4中的iii状态,输出达到峰;由于第一摩擦层21a具有的负电荷的密度降低,所以有较少的电子可以从第一电极层21b传输至接地端gnd,使得输出的电信号要小于图5中的结构输出的电信号;
在外力作用下第一摩擦层21a与第二摩擦层22a开始相互靠近,同样是在静电感应的作用下,使得较少的电子可以从接地端gnd回到第一电极层21b,以回到图4中的i状态。
因此,图4所示的结构与图5所示的结构相比,在外力作用下,通过第一摩擦层21a与第二摩擦层22a的接触和分离、以及驻极体10的作用,可以降低发电机20输出的电信号,从而将机械能转换为较少的电能,降低了摩擦发电机的输出性能。
总之,基于上述工作原理的介绍,可以确定的是:通过调整驻极体10的位置,也即驻极体10与第一摩擦层21a相接触的表面,可以实现对摩擦发电机的输出性能的调节,从而可以根据实际需要设置驻极体10的设置位置,以满足不同应用场景的需要,拓展应用范围。
情况2、发电机为双电极结构的发电机。
此时,驻极体可以设置于任一摩擦结构中。
具体地,如图2所示,发电机20包括:第一摩擦结构21和第二摩擦结构22,第一摩擦结构21包括:相对而置的第一摩擦层21a和第一电极层21b,第二摩擦结构22包括:相对而置的第二摩擦层22a和第二电极层22b;
其中,驻极体可以设置于第一摩擦层与第一电极层之间(未给出图示),或驻极体10可以设置于第二摩擦层22a与第二电极层22b之间(如图2所示)。
说明一点,可选地,在实际情况中,双电极结构的发电机20的具体结构并不限于图2所示,还可以是其他结构的发电机20,例如但不限于旋转式的发电机20,对于双电极结构的发电机20的具体结构,可以根据实际需要进行设置,在此并不做具体限定。
并且,在此情况2中,驻极体的具体结构,可以参见上述内容中的介绍,重复之处不再赘述。
为了能够说明驻极体10对摩擦发电机的输出性能的调节作用,首先,对双电极结构的发电机20的工作原理进行说明,具体包括:
参见图6所示,若第一摩擦层21a可以采用具有强吸负电荷能力的绝缘材料制作,第二摩擦层22a可以具有强吸正电荷能力的绝缘材料制作,那么:
在外力作用下第一摩擦层21a与第二摩擦层22a接触,在静电感应的作用下,使得第一摩擦层21a与第二摩擦层22a相接触的表面感应出负电荷,第二摩擦层22a与第一摩擦层21a相接触的表面感应出正电荷,如图6中的i状态;
在外力作用下第一摩擦层21a与第二摩擦层22a开始分离,由于第一摩擦层21a表面带有负电荷,第二摩擦层22a表面带有正电荷,可以使得第一电极层21b与第二电极层22b之间形成感应电势差,为了平衡这种感应电势差,电子可以从第一电极层21b传输至第二电极层22b,从而向外输出电信号(如图6中的ii状态),直至处于图6中的iii状态,输出的电信号达到峰值;
在外力作用下第一摩擦层21a与第二摩擦层22a开始相互靠近,同样是在静电感应的作用下,使得电子可以从第二电极层22b回到第一电极层21b,以回到图6中的i状态。
因此,在外力作用下,通过第一摩擦层21a与第二摩擦层22a的接触和分离,使得发电机20可以输出交流信号,从而将机械能转换为电能。
参见图7所示,在第二表面b2与第二摩擦层22a直接接触时,驻极体10调节摩擦发电机的输出性能的工作原理,具体包括:
在外力作用下第一摩擦层21a与第二摩擦层22a接触,在静电感应的作用下,使得第一摩擦层21a与第二摩擦层22a相接触的表面感应出负电荷,第二摩擦层22a与第一摩擦层21a相接触的表面感应出正电荷;但是,因第二摩擦层22a与第二表面b2接触,且第二表面b2具有负电荷,该第二表面b2可以使得第二摩擦层22a感应出正电荷,进而使得第二摩擦层22a具有较多的正电荷,同时第一摩擦层21a可以具有较多的负电荷,如图7中的i状态,如此,增加了第一摩擦层21a和第二摩擦层22a的电荷密度;
在外力作用下第一摩擦层21a与第二摩擦层22a开始分离,由于第一摩擦层21a表面带有负电荷,第二摩擦层22a表面带有正电荷,可以使得第一电极层21b与第二电极层22b之间形成感应电势差,为了平衡这种感应电势差,电子可以从第一电极层21b传输至第二电极层22b,从而向外输出电信号(如图7中的ii状态);由于第一摩擦层21a具有较多的负电荷,所以有较多的电子可以从第一电极层21b传输至第二电极层22b,使得输出的电信号要大于图6中的结构输出的电信号;
在外力作用下第一摩擦层21a与第二摩擦层22a开始相互靠近,同样是在静电感应的作用下,使得较多的电子可以从第二电极层22b回到第一电极层21b,以回到图7中的i状态。
因此,图7所示的结构与图6所示的结构相比,在外力作用下,通过第一摩擦层21a与第二摩擦层22a的接触和分离、以及驻极体10的作用,可以增加发电机20输出的电信号,从而将机械能转换为较多的电能,提高了摩擦发电机的输出性能。
参见图8所示,在第一表面b1与第二摩擦层22a直接接触时,驻极体10调节摩擦发电机的输出性能的工作原理,具体包括:
在外力作用下第一摩擦层21a与第二摩擦层22a接触,在静电感应的作用下,使得第一摩擦层21a与第二摩擦层22a相接触的表面感应出负电荷,第二摩擦层22a与第一摩擦层21a相接触的表面感应出正电荷;但是,因第二摩擦层22a与第一表面b1接触,且第一表面b1具有正电荷,该第一表面b1可以使得第二摩擦层22a感应出负电荷,该负电荷可以与正电荷形成抵消,使得第二摩擦层22a具有的正电荷减少,同时第一摩擦层21a具有的负电荷同样减少,如图8中的i状态,如此,降低了第一摩擦层21a和第二摩擦层22a的电荷密度;
在外力作用下第一摩擦层21a与第二摩擦层22a开始分离,由于第一摩擦层21a表面带有负电荷,第二摩擦层22a表面带有正电荷,可以使得第一电极层21b与第二电极层22b之间形成感应电势差,为了平衡这种感应电势差,电子可以从第一电极层21b传输至第二电极层22b,从而向外输出电信号(如图8中的ii状态);由于第一摩擦层21a具有的负电荷的密度降低,所以有较少的电子可以从第一电极层21b传输至第二电极层22b,使得输出的电信号要小于图6中的结构输出的电信号;
在外力作用下第一摩擦层21a与第二摩擦层22a开始相互靠近,同样是在静电感应的作用下,使得较少的电子可以从第二电极层22b回到第一电极层21b,以回到图8中的i状态。
因此,图8所示的结构与图6所示的结构相比,在外力作用下,通过第一摩擦层21a与第二摩擦层22a的接触和分离、以及驻极体10的作用,可以降低发电机20输出的电信号,从而将机械能转换为较少的电能,降低了摩擦发电机的输出性能。
总之,基于上述工作原理的介绍,可以确定的是:通过调整驻极体10的位置,也即驻极体10与第二摩擦层22a相接触的表面,可以实现对摩擦发电机20的输出性能的调节,从而可以根据实际需要设置驻极体10的设置位置,以满足不同应用场景的需要,拓展应用范围。
在具体实施时,在本发明实施例中,在第一摩擦层采用具有强吸负电荷能力的绝缘材料制作时,具有强吸负电荷能力的绝缘材料,可以为但不限于聚酰亚胺、聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯,当然,还可以是其他强吸负电荷能力的绝缘材料,在此并不限定。
同样地,在第二摩擦层采用具有强吸正电荷能力的绝缘材料制作时,具有强吸正电荷能力的绝缘材料,可以为但不限于尼龙、丝绸、再生棉或纸,当然,还可以是其他强吸正电荷能力或较弱的吸负电荷能力的绝缘材料,在此并不限定。
可选地,在本发明实施例中,第一摩擦层的厚度可以为10微米至100微米,第二摩擦层的厚度可以为5微米至10微米,如此,不仅可以使得摩擦发电机具有质轻的特点,还可以使得摩擦发电机具有较稳定的输出性能。
当然,第一摩擦层和第二摩擦层的厚度,并不限于上述范围,还可以是根据实际需要设置的其他范围,在此并不限定。
可选地,在本发明实施例中,对于电极层而言,不管是第一电极层还是第二电极层,均可以采用导电材料制作,例如但不限于金属铜或金属铝等,可以根据实际需要进行选择,在此并不限定。
在具体实施时,在本发明实施例中,在驻极体包括:相对而置的第一表面和第二表面时,第一表面包括带有正电荷功能性基团的带电颗粒,第二表面包括带有负电荷功能性基团的带电颗粒;
带电颗粒的直径为10纳米至100纳米。
其中,可选地,带电颗粒的直径还可以设置为50纳米。
如此,可以使得驻极体的两个表面分别具有较多的带电颗粒,进而通过驻极体可以在与其接触的摩擦层表面感应出更多的电荷,有利于对摩擦发电机的输出性能进行有效地调节,以满足不同应用场景的需要,拓展应用范围。
可选地,在本发明实施例中,带有正电荷功能性基团的带电颗粒为:聚乙烯亚胺修饰后的碳纳米管颗粒、聚乙烯亚胺修饰后的二氧化硅颗粒或聚乙烯亚胺修饰后的氧化铁颗粒;
带有负电荷功能性基团的带电颗粒为:酸化处理后的碳纳米管颗粒、羧基化的碳纳米管颗粒、羧基化的二氧化硅颗粒或羧基化的二氧化钛颗粒。
当然,在实际情况中,带电颗粒的选择,并不限于上述中介绍的内容,还可以根据实际需要进行选择和设置,以满足不同应用场景的需要,提高设计的灵活性。
可选地,在本发明实施例中,驻极体的厚度为100微米至1000微米。
其中,优选地,驻极体的厚度还可以设置为500微米。
如此,不仅使得驻极体可以有效地调节摩擦发电机的输出性能,还可以避免摩擦发电机的厚度过大,使得摩擦发电机具有质轻、便携等特点。
基于同一发明构思,本发明实施例提供了一种如本发明实施例提供的上述摩擦发电机的制作方法,如图9所示,可以包括:
s901、制作驻极体;
s902、分别制作两个摩擦结构;其中,至少一个摩擦结构包括相对而置的摩擦层和电极层,驻极体设置于摩擦层和电极层之间;
其中,在制作摩擦层和电极层时,可以本领域技术人员所熟知的任何方式,在此并不做具体限定。
s903、将两个摩擦结构组合,形成摩擦发电机。
其中,在将两个摩擦结构组合时,可以本领域技术人员所熟知的任何方式,在此并不做具体限定。
如此,可以得到驻极体激励的摩擦发电机,通过驻极体可以调整摩擦层表面所带的电荷量,进而可以对发电机输出的电信号的大小进行调整,从而实现对摩擦发电机的输出性能进行调整,以适应不同应用场景的需要,拓展了摩擦发电机的适用范围。
可选地,在本发明实施例中,在上述步骤s901中,制作驻极体,如图10所示,可以具体包括:
s1001、制作模版;其中,模版包括:相对而置的第一导电结构和第二导电结构、以及位于第一导电结构和第二电极之间的环状间隔结构;
其中,对于第一导电结构和第二导电结构而言,具体的实现方式,可以包括以下几种:
方式1:
可选地,采用导电玻璃制作第一导电结构和第二导电结构。
其中,导电玻璃可以但不限于为氧化铟锡导电玻璃。
方式2:
可选地,采用亚克力板作为模版,然后在亚克力板表面制作导电层,以形成第一导电结构和第二导电结构。
具体的制作过程,可以包括:
采用激光切割机,将2毫米厚的亚克力板材切割成两块3cm×3cm的正方形状板块;
将导电钛箔(当然,还可以采用导电铜箔或导电铝箔等)用双面胶(或者其他具有粘结作用的材料)分别贴到两块正方形亚克力板块上作为电极,得到第一导电结构和第二导电结构。
对于环状间隔结构而言,可以采用以下方式制作得到:
采用激光切割机,将500微米厚的亚克力板材,切割成一块内边长为1cm、外边长为3cm的方形环状,得到环状间隔结构。
当然,还可以通过其他方式制作得到环状间隔结构,此处只是举例说明,具体并不做限定。
s1002、制备包括带有正电荷功能性基团的带电颗粒、以及带有负电荷功能性基团的带电颗粒的复合溶液;
其中,复合溶液可以通过以下方式得到:
过程1:将1g的聚偏氟乙烯纳米颗粒,溶解在10ml的n,n-二甲基甲酰胺溶剂中,搅拌至均匀,得到溶液a;
过程2:将带有正电荷功能性基团的带电颗粒、以及带有负电荷功能性基团的带电颗粒,添加至溶液a中,混合均匀,得到复合溶液。
当然,在实际情况中,复合溶液在制作时,并不限于上述方式,此处只是举例说明而已,还可以是本领域技术人员所熟知的其他方式,在此并不做具体限定。
s1003、将复合溶液注入至模版的环状间隔结构中,并对注入有复合溶液的模版进行电泳和固化处理,得到固化膜,将该固化膜确定为驻极体;
s1004、将驻极体从模版中取出。
其中,参见图11所示,第一导电结构用m1表示,第二导电结构用m2表示,环状间隔结构用m3表示,复合溶液可以注入至环状间隔结构m3中,并通过第一导电结构m1和第二导电结构m2封装起来,在经过电泳和固化处理之后,可以得到固化膜,也即驻极体(用r表示)。
如此,通过上述过程,即可制作得到驻极体,以便于后续制作得到摩擦发电机,从而实现通过驻极体对摩擦发电机的输出性能进行调节。
可选地,在本发明实施例中,在上述步骤s1003中,对注入有复合溶液的模版进行电泳和固化处理,具体包括:
过程1:对注入有复合溶液的模版施加预设电压进行电泳处理,以使带有正电荷功能性基团的带电颗粒、以及带有负电荷功能性基团的带电颗粒分别向第一导电结构和第二导电结构移动;
其中,在进行电泳处理时,可以向模版施加预设电压,且预设电压可以但不限于为:采用直流电源提供3v的电压。
过程2:在电泳处理进行预设时间后,对注入有复合溶液的模版进行固化处理,且继续对注入有复合溶液的模版施加预设电压进行电泳处理。
其中,预设时间可以但不限于为:1-2小时。
也就是说,在对复合溶液进行电泳和固化处理时,首先通过施加的预设电压,在预设电压形成的电场的作用下,使得溶液中的带有正电荷功能性基团的带电颗粒(暂且称之为正电颗粒)、以及带有负电荷功能性基团的带电颗粒(暂且称之为负电颗粒),分别向相反的方向移动,也即,若电场方向为从第一导电结构指向第二导电结构时,正电颗粒向第二导电结构移动,负电颗粒向第一导电结构移动。
在施加电场预设时间后,再进行固化处理,同时固化处理过程中依然施加电场,使得复合溶液逐渐固化,并且可以避免在开始施加电场时就进行固化处理而对带电颗粒的移动产生较大的阻碍,进而使得大量的正电颗粒聚集在靠近第二导电结构的一侧,大量的负电颗粒聚集在靠近第一导电结构的一侧,最终使得固化后得到的驻极体具有带正电的第一表面和带负电的第二表面。
其中,在进行固化处理时,可以采用加热方式、紫外光照等方式,且只要能够实现固化的固化处理方式,均属于本发明实施例所要保护的范围。
基于同一发明构思,本发明实施例提供了一种发电方法,如图12所示,包括:
s1201、提供一如本发明实施例提供的上述摩擦发电机;
s1202、对摩擦发电机施加外力,以使两个摩擦结构在外力作用下发生接触和分离;
s1203、输出电信号。
如此,在施加的外力的作用下,通过驻极体可以调整摩擦发电机的输出性能,也即驻极体可以调整摩擦发电机输出的电信号的大小,从而在实现通过摩擦发电机发电的同时,还可以拓展摩擦发电机的应用范围。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
1.一种摩擦发电机,其特征在于,包括驻极体和发电机;
其中,所述发电机包括两个摩擦结构,两个所述摩擦结构在外力作用下发生接触和分离,以输出电信号;
其中一个所述摩擦结构包括相对而置的摩擦层和电极层,所述驻极体设置于所述摩擦层和所述电极层之间,所述驻极体用于调整所述发电机输出的所述电信号的大小。
2.如权利要求1所述的摩擦发电机,其特征在于,所述发电机为双电极结构的发电机,所述驻极体设置于任一所述摩擦结构中;
或,所述发电机为单电极结构的发电机,所述发电机包括:第一摩擦结构和第二摩擦结构,所述第一摩擦结构包括:相对而置的第一摩擦层和第一电极层,所述第一电极层与接地端电连接,所述驻极体设置于所述第一摩擦层和所述第一电极层之间。
3.如权利要求1所述的摩擦发电机,其特征在于,所述摩擦层采用具有强吸负电荷能力的绝缘材料制作;
所述驻极体包括:相对而置的第一表面和第二表面,所述第一表面具有正电荷,所述第二表面具有负电荷;
所述第一表面与所述第一摩擦层直接接触,所述驻极体用于:增加所述发电机输出的电信号;或,所述第二表面与所述第一摩擦层直接接触,所述驻极体用于:降低所述发电机输出的电信号。
4.如权利要求1所述的摩擦发电机,其特征在于,所述驻极体包括:相对而置的第一表面和第二表面,所述第一表面包括带有正电荷功能性基团的带电颗粒,所述第二表面包括带有负电荷功能性基团的带电颗粒;
所述带电颗粒的直径为10纳米至100纳米。
5.如权利要求4所述的摩擦发电机,其特征在于,所述带有正电荷功能性基团的带电颗粒为:聚乙烯亚胺修饰后的碳纳米管颗粒、聚乙烯亚胺修饰后的二氧化硅颗粒或聚乙烯亚胺修饰后的氧化铁颗粒;
所述带有负电荷功能性基团的带电颗粒为:酸化处理后的碳纳米管颗粒、羧基化的碳纳米管颗粒、羧基化的二氧化硅颗粒或羧基化的二氧化钛颗粒。
6.如权利要求1所述的摩擦发电机,其特征在于,所述驻极体的厚度为100微米至1000微米。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的摩擦发电机的制作方法,其特征在于,包括:
制作驻极体;
分别制作两个摩擦结构;其中,至少一个所述摩擦结构包括相对而置的摩擦层和电极层,所述驻极体设置于所述摩擦层和所述电极层之间;
将两个所述摩擦结构组合,形成所述摩擦发电机。
8.如权利要求7所述的制作方法,其特征在于,所述制作驻极体,具体包括:
制作模版;其中,所述模版包括:相对而置的第一导电结构和第二导电结构、以及位于所述第一导电结构和所述第二电极之间的环状间隔结构;
制备包括带有正电荷功能性基团的带电颗粒、以及带有负电荷功能性基团的带电颗粒的复合溶液;
将所述复合溶液注入至所述模版的所述环状间隔结构中,并对注入有所述复合溶液的所述模版进行电泳和固化处理,得到固化膜,将该固化膜确定为所述驻极体;
将所述驻极体从所述模版中取出。
9.如权利要求8所述的制作方法,其特征在于,对注入有所述复合溶液的所述模版进行电泳和固化处理,具体包括:
对注入有所述复合溶液的所述模版施加预设电压进行电泳处理,以使所述带有正电荷功能性基团的带电颗粒、以及所述带有负电荷功能性基团的带电颗粒分别向所述第一导电结构和所述第二导电结构移动;
在所述电泳处理进行预设时间后,对注入有所述复合溶液的所述模版进行固化处理,且继续对注入有所述复合溶液的所述模版施加所述预设电压进行电泳处理。
10.一种发电方法,其特征在于,包括:
提供一如权利要求1-6任一项所述的摩擦发电机;
对所述摩擦发电机施加外力,以使两个所述摩擦结构在外力作用下发生接触和分离;
输出电信号。
技术总结