一种多功能摩擦发电地板革及一种独立传感器的制作方法

本发明属于摩擦发电机技术领域，具体涉及一种多功能摩擦发电地板革及一种独立传感器。

背景技术：

目前生活中机械能无处不在，但是广泛被人们忽略。本发明利用摩擦起电和静电感应原理将机械能转化为电能这一基本思想，提供一种多功能摩擦发电地板革。将该摩擦发电地板革铺设在室内，利用人行走、踩踏、抚摸等过程产生的机械能转化成电能为外接的电路提供电信号，形成一种绿色环保的发电方式。该多功能摩擦发电地板具备多个功能，当以不同的姿态触发该发电多功能地板革时，产生电信号的大小或者形状不同，可以作为传感器，监测人或者动物的活动；当导电层为陈列结构，触发不同位置时，对应的区域产生电信号，可以用于位置监测；并且，传输出来的电信号经过外电路的设计与智能系统组合，可以作为报警系统。

现有技术中存在具有发电功能的地毯，但是大多数为压电材料或者是压力发电，结构复杂，耗材多，价格昂贵，功能单一。中国专利201520857542.0公开了一种压力发电地板，需要弹簧、齿轮、发电机等部件，存在结构复杂，制备过程繁琐。中国专利201510385439.5公开了一种利用压电材料发电的地毯，制备过程中需要加入固定端和弹性条，同样存在结构复杂的问题。

本发明中提到的多功能摩擦发电地板革，解决的具体问题如下：

为了解决现有发电地毯的复杂结构，耗材多，成本高的问题，本发明提供的摩擦发电地板革是利用市场上现有的地板革将其设计成一体式摩擦发电地板革，在不影响地毯正常使用的前提下，赋予地板更多的功能，不仅可以发电作为电源而且可以作为传感器，应用在对老人和儿童的监测等场合。

1、本发明的多功能摩擦发电地板革采用一体式结构，将导电层元件与地板革本体集中在同一平面内，无需复杂的弹性条以及固定端，结构简单、耗材少。

2、本发明的多功能摩擦发电地板革采用摩擦发电的形式，地板革为第一摩擦层，该摩擦发电地板革无需刻意设计第二摩擦层，生活中的鞋底、袜子、人体以及其与地板革材质有区别的其他物质均可充当第二摩擦面。

3、本发明提供的多功能摩擦发电地板革，是在市场上现有的地板革基础上添加一个导电层元件，对地板革本身的使用不受任何影响，并且成本低。

4、本发明提供的多功能摩擦发电地板革，不仅可以作为节能环保的电源，而且通过产生电信号的特征与触发条件之间的关系，该地板革可以作为独立供电的传感器。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种多功能摩擦发电地板革，所述摩擦发电地板革包括导电层元件和地板革本体，所述的导电层元件与地板革本体复合为一体，并位于同一平面；

进一步地，所述地板革本体为复合结构、同质透心结构或半同质透心结构；

进一步地，所述的导电层元件为导体、半导体材料或导电材料；

进一步地，所述地板革本体为橡胶地板、亚麻地板、塑胶地板或木地板，所述地板革本体为通用型和耐用性地板革；

进一步地，所述导电层元件包括可以导电的纯金属或合金，所述纯金属包括金、银、铜、铁、铂、钯、铝、镍、钛、钒、铬、锰、硒、钼和钨；所述合金包括铝合金、铜合金、钛合金、镁合金、铍合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金和钽合金；所述导电材料包括铟锡氧化物、石墨烯及其衍生物、离子掺杂的半导体和导电薄膜材料；

进一步地，所述的地板革本体为高分子聚合物，所述高分子聚合物包括聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、偏氯乙烯丙烯腈共聚薄膜、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚氯丁二烯、聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚碳酸酯、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、酚醛树脂、氯丁橡胶、纤维素薄膜、天然橡胶、乙基纤维素、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、人造纤维、聚乙醇缩丁醛、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、聚乙烯丙二酚碳酸盐、人造纤维薄膜、聚苯乙烯，聚甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚异丁烯薄膜、聚氨酯柔性海绵薄膜、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯和木头；

进一步地，一种独立传感器，所述摩擦发电系统包括第一摩擦层、第二摩擦层和外电路，所述第一摩擦层为地板革本体，所述第二摩擦层为生活中能够与地板革表面材料产生摩擦起电的材料，第一摩擦层、第二摩擦层和外电路所述第一摩擦层和第二摩擦层在外力作用下，通过接触和分离的过程向外电路输出电信号；

进一步地，所述第二摩擦层为绝缘材料或非绝缘材料；

进一步地，所述导电层元件包括多个输出端和导电层，所述导电层通过输出端连接外电路或者导电层直接与外电路连接；

进一步地，所述的导电层元件位于地板革的层间或者地板革的最底部；

进一步地，所述的导电层元件为多个独立不连续的单元；

进一步地，本发明所述一种多功能摩擦发电地板革及独立传感器的制作过程简单易行，通常采用磁控溅射、等离子体溅射、蒸镀或者电化学沉积等方式将金属或合金以及其他导电材料沉积到地板革上，或者通过简单的粘胶方式将导电材料与地板革进行组合，以保证导电层与地板革紧密接触，从而能够达到电荷的高效转移。本领域的技术人员综合地板革和导电材料的特点，能够选择适当的制备方法。

本发明的有益效果如下：

1、基于摩擦起电和静电感应原理设计成一体式结构的多功能发电地板革及独立传感器，将导电层元件通过电沉积、溅射、粘合等方式与地板革复合为一体，无需添加弹性条和固定端；

2、不需刻意提供第二摩擦层，且材料绝缘和非绝缘均可，生活中的鞋底、袜子、导电的人体以及与地板革表面材质有区别的其他物质均可成为第二摩擦层与地板革本身充当的第一摩擦层作用；

3、多功能摩擦发电地板革适用于多种能量驱动形式，如拍打、踩踏、抚摸、揉搓、滑动等，该摩擦发电地板革都显示有电流输出，为铺设该地板革的室内提供了一种新的绿色环保发电形式；

4、本发明提供的一体式多功能摩擦发电地板革及独立传感器，结构简单，制备容易，不影响地板革的使用和外观，触发材料以及能量驱动形式多样化，可以作为传感器，并且对选用地板革材料的结构、材质、硬度无要求，这些优点为本发明中所提供的摩擦发电地板革带来更大的应用市场。

附图说明

图1为本发明多功能摩擦发电地板革的一种典型结构剖面示意图；

图2为本发明多功能摩擦发电地板革的发电原理示意图；

图3为本发明多功能摩擦发电地板革的另一种结构示意图；

图4为本发明多功能摩擦发电地板革的另一种结构示意图；

图5为本发明多功能摩擦发电地板革的另一种新型结构实物图；

图6为本发明实施例2中一种多功能摩擦发电地板革的电流输出图；

图7为本发明实施例2中一种多功能摩擦发电地板革的电压输出图。

图8位本发明实施例3中一种多功能摩擦发电地板革作为传感器，应用在人体活动识别。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

本发明提供一种能够将人体行走、踩踏、抚摸等自然存在的机械能转化为电能的新型多功能摩擦发电地板革。该发电地板革是在地板革的下表面或者层间复合一层导电层元件，组成结构简单的一体式摩擦发电系统，并且可以作为独立传感器，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。具体如下：

实施例1

1、多功能摩擦发电地板革及独立传感器的构造

图1为本发明多功能摩擦发电地板革一种典型结构的剖面示意图。包括：地板革本体10和导电层元件20。通过贴合、溅射或者电镀等方式，将导电层与地板革的下表面组合成位于同一平面的一体式结构。生活中人的鞋底、衣服、轮胎等能够与地板革表面产生摩擦起电的材料都可以充当第二摩擦面11，在外力如拍打、踩踏、抚摸、摩擦等形式作用下，通过地板革本体10和导电层元件20向外电路传输电信号。导电层元件可以位于地板革本体10的下表面或者复合型地板革的层间，以多层复合型地板革10为例，不同结构的示意图如图2所示，其中多层复合型地板革10包括，耐磨层12、印花层13、弹性发泡层14、基层15。

2、摩擦发电地板革的工作原理

当外界存在且与该多功能摩擦发电地板革的摩擦电极序不同的多种物体，与本发明的摩擦发电地板革之间发生摩擦起电和静电感应时，该摩擦发电地板革系统能够将机械能转换为电能，对外电路进行做功。

实施例2：

本实施例中提供一种多功能摩擦发电地板革，实物图参见附图4。本实施例中的地板革本体10选自复合型卷材PVC地板革，厚度为2mm。导电层元件20选取为导电性较强的铜箔，厚度为80μm。本实施例中的导电层元件20和地板革本体10通过简单粘合的方式制备，该摩擦发电地板革的尺寸为4cm*9cm。本实施例中，以丁腈手套为第二摩擦层，拍打的方式进行能量驱动，该多功能摩擦发电地板革对外部产生电流，经静电计6514测试显示的电流数据参见附图6，电压数据图如图7所示。

实施例3：

本实施例中提供一种多功能摩擦发电地板革，作为传感器，本实施例中的地板革本体10选自卷材塑胶地板革，厚度为5mm。导电层元件20选取为导电性较强的铜箔，厚度为80μm。本实施例中的导电层元件20和地板革本体10通过简单粘合的方式制备。本实施例中，以鞋底第二摩擦层，多种运动方式进行能量驱动，该多功能摩擦发电地板革对外部产生电压信号，根据不同动作产生电压信号波形的规律和差异，该多功能地板革作为独立传感器，可以进行人体活动识别，经静电计6514测试显示的电压参见附图6。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。