一种摩擦发电机的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种摩擦发电机，该摩擦发电机包括依次设置的第一电极、第一高分子聚合物层和第二电极；其中所述第一电极和第二电极相对设置，第一高分子聚合物层设置在第一电极和第二电极之间，所述第一电极和第二电极为摩擦发电机电压和电流输出电极。本实用新型采用加入电荷控制剂使得发电机的输出功率提高，电流输出和电压输出均有很大的提高，同时充电速度更快。
【专利说明】
一种摩擦发电机
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种摩擦发电机，具体地，本实用新型涉及一种具有层结构的摩擦发电机。
【背景技术】
[0002]采用纳米技术构建的能量收集和转换装置，在自供电纳米系统中起关键作用，由于其环保、节能、自驱动性质而日益受到广泛关注。随着压电纳米发电机首次将机械能转换为电能以来，以压电和摩擦电为基础的不同结构和材料的纳米发电机相继问世。目前，纳米发电机已能够驱动小型液晶显示屏、低功率发光二极管以及微型电子器件和模块等，但是发电机的输出功率仍然是制约其发展和应用的关键因素。
[0003]因此，寻找能够高功率输出，并且充电速度较快的纳米发电机成为业界目前亟待解决的技术问题。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型解决的技术问题是克服现有纳米摩擦发电机输出功率低，充电速度慢的缺陷，提供一种输出功率高同时充电速度更快的摩擦发电机。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型提供的第一技术方案是一种摩擦发电机，该摩擦发电机包括依次设置的第一电极、第一高分子聚合物层和第二电极;其中所述第一电极和第二电极相对设置，第一高分子聚合物层设置在第一电极和第二电极之间，所述第一电极和第二电极为摩擦发电机电压和电流输出电极。
[0006]其中，所述第一高分子聚合物层的一侧表面为包含有电荷控制剂的复合层结构。
[0007]所述第一高分子聚合物层与第二电极之间设置有第二高分子聚合物层。
[0008]其中，所述第一高分子聚合物层和第二高分子聚合物层相对设置的表面中的至少一个表面为包含电荷控制剂的复合层结构。
[0009]其中，所述第一高分子聚合物层和第二高分子聚合物层之间设置有居间薄膜层。
[0010]其中，所述第一高分子聚合物层、居间薄膜层及第二高分子聚合物层的相对设置的表面中至少一个表面为包含电荷控制剂的复合层结构。
[0011]其中，所述第一高分子聚合物层、第二高分子聚合物层和/或居间薄膜层相对设置的表面中至少一个表面上设置有微纳凹凸结构；所述微纳凹凸结构的凸起高度为50nm-300nmo
[0012]其中，所述第一电极和第二电极所用材料分别独立的选自金、银、铂、铝、镍、铜、
钛、铬、锡中的任意一种。
[0013]其中，所述电荷控制剂选自如下化合物中的一种:三苯甲烷类化合物、铵的化合物、亚铵化合物、氟化的铵化合物、氟化的亚铵化合物、双阳离子酸酰胺衍生物、聚合的铵化合物、二烯丙基铵化合物、二芳基硫醚化合物、酚化合物、鱗化合物，氟取代鱗化合物、铬偶氮配合物。
[0014]其中，所述第一高分子聚合物绝缘层、居间薄膜层和第二高分子聚合物绝缘层的材质不同。
[0015]其中，所述第一高分子聚合物绝缘层、居间薄膜层和第二高分子聚合物绝缘层所用材料分别独立地选自聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚苯乙烯中的一种。
[0016]本实用新型采用加入电荷控制剂使得发电机的输出功率提高，电流输出和电压输出均有很大的提高，同时充电速度更快。
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型一种【具体实施方式】的结构示意图；
[0018]图2是本实用新型一种【具体实施方式】的结构示意图；
[0019]图3是本实用新型一种【具体实施方式】的结构示意图；
[0020]图4是本实用新型样品电压测定结果；
[0021]图5是本实用新型样品充电时间测定结果；
[0022]其中:1-第一电极;2-第一高分子聚合物层;3-第二电极；
[0023]4-第二高分子聚合物层;5-居间薄膜层。
【具体实施方式】
[0024]为充分了解本实用新型之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本实用新型做详细说明。
[0025]在一种【具体实施方式】中，本实用新型提供了一种摩擦发电机，如图1所示，该摩擦发电机包括依次设置的第一电极(1)、第一高分子聚合物层(2)和第二电极(3);其中所述第一电极(I)和第二电极(3)相对设置，第一高分子聚合物层(2)设置在第一电极(I)和第二电极(3)之间，所述第一电极(I)和第二电极(3)是摩擦发电机电压和电流输出电极。
[0026]在另外一种【具体实施方式】中，本实用新型提供了一种摩擦发电机，如图2所示，该摩擦发电机包括依次设置的第一电极(I)、第一高分子聚合物层(2)、第二高分子聚合物层
(4)和第二电极(3);其中所述第一电极(I)和第二电极(3)相对设置，第一高分子聚合物层
(2)和第二高分子聚合物层(4)依次设置在第一电极(I)和第二电极(3)之间，所述第一电极
(I)和第二电极(3)是摩擦发电机电压和电流输出电极。
[0027]在另外一种【具体实施方式】中，本实用新型提供了一种摩擦发电机，如图3所示，该摩擦发电机包括依次设置的第一电极(I)、第一高分子聚合物层(2)、居间薄膜层(5)、第二高分子聚合物层(4)和第二电极(3);其中所述第一电极(I)和第二电极(3)相对设置，第一高分子聚合物层(2)、居间薄膜层(5)和第二高分子聚合物层(4)依次设置在第一电极(I)和第二电极(3)之间，所述第一电极(I)和第二电极(3)是摩擦发电机电压和电流输出电极。
[0028]进一步地，本实用新型提供一种摩擦发电机，其包含与上述类似的结构，只是在其第一高分子聚合物层、第二高分子聚合物层相对设置的表面，以及第一高分子聚合物层、第二高分子聚合物层和/或居间薄膜层的相对设置的表面中至少一个表面为包含电荷控制剂的复合层结构(图未示)，若相对设置的表面同时为包含电荷控制剂的复合层结构，则两个复合层结构所包含的电荷控制剂的电性相反。
[0029]优选地，所述电荷控制剂选自如下化合物中的一种:三苯甲烷类化合物、铵的化合物、亚铵化合物、氟化的铵化合物、氟化的亚铵化合物、双阳离子酸酰胺衍生物、聚合的铵化合物、二烯丙基铵化合物、二芳基硫醚化合物、酚化合物、鱗化合物，氟取代鱗化合物、铬偶氮配合物。更优选地，所述电荷控制剂为铬偶氮配合物类电荷控制剂DL-N32CA。更优选地，所述电荷控制剂的添加量为0.1%_30%(电荷控制剂占高分子聚合物的质量百分比)。由于加入电荷控制剂使本实用新型的摩擦发电机的充电速度更快，输出电流和电压更高。
[0030]优选地，所述第一高分子聚合物层、居间薄膜层、第二高分子聚合物层至少一个表面上设置有微纳凹凸结构;所述微纳凹凸结构的凸起高度为50nm-300nm。通过在高分子聚合物层上设置有各种微纳凹凸结构，从而使高分子聚合物层的表面积增大，具有更高的输出功率。
[0031]优选地，所述第一电极和第二电极所用材料分别独立的选自金、银、铂、铝、镍、铜、钛、铬、锡中的任意一种;第一高分子聚合物绝缘层、居间薄膜层和第二高分子聚合物绝缘层所用材料分别选自聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚苯乙烯中的一种。
[0032]实施例
[0033]实施例1
[0034]本实施例摩擦发电机的尺寸为2cm*2cm，总厚度大约1000微米，该摩擦发电机包括依次设置的第一电极(I)、第一高分子聚合物层(2)、第二高分子聚合物层(4)和第二电极(3);其中所述第一电极(I)和第二电极(3)相对设置，第一高分子聚合物层(2)和第二高分子聚合物层(4)依次设置在第一电极(I)和第二电极(3)之间，所述第一电极(I)和第二电极
(3)为摩擦发电机电压和电流输出电极。
[0035]采用聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜作为第一高分子聚合物层(2)，采用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜作为第二高分子聚合物层(4)。第一高分子聚合物层(2)的一个表面上镀厚度10nm的金薄膜，该金薄膜即为第一电极(I)，采用厚度50μπι的铜箔作为第二电极(3);得到摩擦发电机样品1#。该摩擦发电机的边缘用普通胶布密封。
[0036]实施例2
[0037]本实施例摩擦发电机的尺寸为2cm*2cm，总厚度大约1000微米，该摩擦发电机包括依次设置的第一电极(I)、第一高分子聚合物层(2)、第二高分子聚合物层(4)和第二电极
(3);其中所述第一电极(I)和第二电极(3)相对设置，第一高分子聚合物层(2)和第二高分子聚合物层(4)依次设置在第一电极(I)和第二电极(3)之间，所述第一电极(I)和第二电极
(3)为摩擦发电机电压和电流输出电极，第一高分子聚合物层(2)为包含电荷控制剂的复合层结构。
[0038]采用聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜作为第一高分子聚合物层(2)，所述电荷控制剂DL-N32CA的掺入质量分数为4.98%，采用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜作为第二高分子聚合物层(4)。第一高分子聚合物层(2)的一个表面上镀厚度10nm的金薄膜，该金薄膜即为第一电极(I)，采用厚度50μπι的铜箔作为第二电极(3);得到摩擦发电机样品2#。该摩擦发电机的边缘用普通胶布密封。
[0039]将上述实施例制备得到摩擦发电机在环境温度25°C;环境湿度30%RH的条件下进行测试，进行电压测试时，敲击频率5Hz，敲击外力10—一60N;进行电流测试时，敲击频率5Hz，敲击外力40N;进行充电测试时，敲击频率5Hz，敲击外力40N，充电电容lyF。测试结果:电压:压强为1Pa时，正向电压提升6.9%，负向电压提升15.56%，具体详见附图4。电流测定:样品I 1.6 μ A;样品2 1.8 μ A。充电时间:给予相同电压6 V时，样品I #的充电时间80.37s;样品2#的充电时间70.46s，具体见附图5。
[0040]上述方案包含首选实施例和该项实用新型的最佳模式时，上述实施例只作为说明性例子给出。对该说明中揭露的特定实施例的许多异化，不偏离该项实用新型的精神和范围的话，将是容易鉴别的。因此，该项实用新型的范围将通过所附的权利要求确定，而不限于上面特别描述的实施例。
【主权项】
1.一种摩擦发电机，其特征在于，该摩擦发电机包括依次设置的第一电极、第一高分子聚合物层和第二电极;其中所述第一电极和第二电极相对设置，第一高分子聚合物层设置在第一电极和第二电极之间，所述第一高分子聚合物层的一侧表面为包含有电荷控制剂的复合层结构，所述第一电极和第二电极为摩擦发电机电压和电流输出电极。2.根据权利要求1所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第一高分子聚合物层与第二电极之间设置有第二高分子聚合物层。3.根据权利要求2所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第一高分子聚合物层和第二高分子聚合物层相对设置的表面中的至少一个表面为包含电荷控制剂的复合层结构。4.根据权利要求1所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第一高分子聚合物层和第二高分子聚合物层之间设置有居间薄膜层。5.根据权利要求4所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第一高分子聚合物层、居间薄膜层及第二高分子聚合物层相对设置的表面中至少一个表面为包含电荷控制剂的复合层结构。6.根据权利要求4或5任一项所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第一高分子聚合物层、第二高分子聚合物层和/或居间薄膜层相对设置的表面中的至少一个表面上设置有微纳凹凸结构;所述微纳凹凸结构的凸起高度为50nm-300nm。7.根据权利要求1-5任一项所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第一电极和第二电极所用材料分别独立的选自金、银、铂、铝、镍、铜、钛、铬、锡中的任意一种。8.根据权利要求1-5任一项所述的摩擦发电机，其特征在于，所述电荷控制剂选自如下化合物中的一种:三苯甲烷类化合物、铵的化合物、亚铵化合物、氟化的铵化合物、氟化的亚铵化合物、双阳离子酸酰胺衍生物、聚合的铵化合物、二烯丙基铵化合物、二芳基硫醚化合物、酚化合物、鱗化合物，氟取代鱗化合物、铬偶氮配合物。9.根据权利要求4或5任一项所述的摩擦发电机，其特征在于，所述第一高分子聚合物绝缘层、居间薄膜层和第二高分子聚合物绝缘层所用材料分别独立地选自聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚苯乙烯中的一种。
【文档编号】H02N1/04GK205430089SQ201521027294
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年12月10日
【发明人】崔婧, 孙利佳, 王珊, 赵豪
【申请人】纳智源科技（唐山）有限责任公司