元件的制作方法

1.本发明涉及一种元件(element)。


背景技术：

2.一种增加柔性发电元件(元件的一个示例)的发电量的技术已经被开发出来。例如，已经开发出一种发电元件，它包括具有不平结构的上电极，柔性中间层，以及紧密连接到中间层的下电极。
3.同时，还要求进一步提高柔性发电元件的发电量。
4.本发明是鉴于上述情况而构思的，本发明的目的是提供一种能够进一步提高柔性元件的发电量的元件。
5.现有技术在日本未审查的专利申请公布号2011-172366，以及日本专利号5945102中有所描述。


技术实现要素：

6.根据本发明的一个方面，元件包括上电极、柔性中间层、和下电极。上电极具有不平结构。下电极和中间层紧密连接。元件被配置为因所述上电极和所述中间层之间的接触和分离而产生电信号。下电极被配置为当上电极和中间层相互接触时采取可与所述不平结构相适应的形状。
附图说明
7.图1a和图1b为示出了根据一个实施例的发电元件的配置示例的示意图；
8.图2a和图2b为示出了包括在根据当前实施例的发电元件中的下电极的操作示例的示意图；
9.图3为示出了根据当前实施例的发电元件的发电量示例的示意图；
10.图4为示出了根据当前实施例的发电元件的发电量示例的示意图；
11.图5为示出了根据当前实施例的发电元件的发电量示例的示意图；
12.图6为示出了用于测试根据第一示例的发电元件的发电量的测试装置示例的示意图；
13.图7为示出了用于测试根据第一示例的发电元件的发电量的下电极材料示例的示意图；
14.图8为示出了根据第一示例的发电元件的发电量的测试结果示例的示意图；
15.图9为示出了根据第二示例的发电元件的发电量的测试结果示例的示意图；
16.图10为示出了根据第三示例的发电元件的发电量的测试结果示例的示意图。
17.附图旨在描述本发明的示例性实施例，不应解释为限制其范围。相同或相似的附图标记在各图中表示相同或相似的部件。
具体实施方式
18.本文使用的术语仅用于描述特定的实施例，并不对本发明进行限制。
19.正如本文所使用的，单数形式的“一”、“一个”和“该”也包括复数形式，除非上下文明确指出。
20.在描述附图中说明的优选实施例时，为了清楚起见，可以采用特定的术语。然而，本专利说明书的披露并不旨在局限于如此选择的具体术语，应理解为每个具体要素包括具有相同功能、以类似方式操作并实现类似结果的所有技术等效物。
21.下面将参照附图对本发明的实施例进行详细描述。
22.下面将参照附图对元件的实施例进行详细描述。
23.图1a和图1b为示出了根据一个实施例的发电元件的配置示例的示意图。图2a和图2b为示出了包括在根据当前实施例的发电元件中的下电极的操作示例的示意图。如图1a所示，根据本实施例的发电元件1(元件的一个示例)包括，上盖100，上电极101(第一电极的示例)，中间层102，下电极103(第二电极的示例)，和下盖104。具体来说，发电元件1是指按照上盖100、上电极101、中间层102、下电极103和下盖104顺序层叠的元件，如果需要还可以包括其它构件。
24.发电元件1适用于多种传感器，如超声波传感器、压力传感器、触觉传感器、变形传感器、加速度传感器、冲击传感器、振动传感器、压敏传感器、电场传感器和声压传感器，特别是由于不需要高电压，适合用于可穿戴传感器。进一步地，作为具有良好可操作性的压电薄膜，发电元件1适用于耳机、扬声器、麦克风、水话筒、显示器、风扇、泵、变焦镜、超声波换能器(ultrasonic transducer)、压电变压器、声屏蔽材料、隔音材料、执行器(actuator)、键盘等。此外，发电元件1可用于声学设备、信息处理器、测量设备、医疗设备、用于车辆、建筑和例如滑雪板或球拍的体育设备的阻尼材料(阻尼器)，以及其它领域。
25.另外，发电元件1适用于以下用途。
26.·
自然能源发电，如波浪发电、水力发电、或风力发电。
27.·
人类行走时以被嵌入鞋子、衣服、地板或配件的形式发电。
28.·
因以嵌入至汽车轮胎或类似物的形式运行的振动发电。
29.进一步地，预计发电元件1形成在柔性基材上，并作为板状发电器、通过反向施加电压进行充电的二次电池、或新执行器(人造肌肉)使用。
30.上盖100是覆盖上电极101的表面的盖子，电极101的该表面和与中间层102接触的表面相对。另外，上盖100用双胶布105或类似物粘合在上电极101上。
31.作为上电极101和下电极103的材料，例如可以采用金属、碳基导电材料、导电橡胶组合物、导电聚合物、氧化物等。
32.金属的示例包括金、银、铜、铝、不锈钢、钽、镍和磷青铜(phosphor bronze)。
33.碳基导电材料的示例包括碳纳米管、碳纤维、和石墨。
34.导电橡胶组合物的示例包括含有导电填充物和橡胶的组合物。
35.导电填充物的示例包括：碳材料(例如，科琴黑(ketjen black)、乙炔黑(acetylene black)、石墨、碳质纤维、碳纤维(cf)、碳纳米纤维(cnf)、碳纳米管(cnt)、石墨烯等)，金属填充物(金、银、铂、铜、铝、镍等)，导电聚合物材料(聚噻吩、聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚(对苯)、和聚(对苯乙烯)中任何一种的衍生物、那些通过向上述衍生物添加由阴离
子或阳离子代表的掺杂物而得到的衍生物、以及类似物)、和离子液体。上述材料中的一种可以单独使用，或者两种或更多的上述材料可以组合使用。
36.橡胶的示例包括硅橡胶、丙烯酸橡胶、氯丁橡胶、聚硫橡胶、聚氨酯橡胶、丁基橡胶、天然橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、含氟橡胶、异戊橡胶、丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、乙丙橡胶、氯磺化聚乙烯合成橡胶、聚异丁烯和改性硅胶。上述材料中的一种可以单独使用，或者两种或更多的上述材料可以组合使用。
37.导电聚合物的示例包括聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)(pedot)、聚吡咯、和聚苯胺。
38.氧化物的例子包括氧化铟锡(ito)、氧化铟锌(izo)、和氧化锌。
39.上电极101的形式和下电极103的形式的示例包括片材、膜、薄膜、编织布、无纺布、针织品、网眼和海绵。可以使用由纤维状碳材料重叠形成的无纺布。
40.上电极101的平均厚度和下电极103的平均厚度可根据元件的结构适当选择，但最好是将平均厚度设定为0.01μm至1mm，更优选为0.1μm至500μm。如果平均厚度等于或大于0.01μm，就有可能保证适当的机械强度并提高导电性。另外，如果平均厚度等于或小于1mm，该元件是可变形的，这样就可以保证良好的发电性能。此外，特别优选的是使用导电橡胶组合物作为下电极103。
41.上电极101是具有不平结构的上电极的一个示例。具体来说，上电极101是在与中间层102(将在后面描述)接触的表面上具有不平结构的电极。因此，由于上电极101具有不平结构，可以提高上电极101和中间层102之间的可释放性(releasability)。在本实施例中，上电极101可以通过布置在上电极101的端部的粘合层106粘合到上盖100和中间层102上。
42.中间层102是柔性中间层的示例，夹在上电极101和下电极103之间。具体地，中间层102是发电装置，如图1b所示，中间层102的一个表面与上电极101的不平结构接触(与之结合)或分离。此外，如图1b所示，下电极103(将在后面描述)与中间层102的表面紧密相连，该表面与上电极101的不平结构接触或分离。此外，最好是减少中间层102的膜厚度，以增加中间层102中积累的电荷量。
43.更优选地，中间层102至少满足以下条件(1)和条件(2)中的任何一个。
44.条件(1)：当中间层102在垂直于中间层102表面的方向上受压时，中间层102在上电极101(第一电极的示例)一侧的变形量和中间层102在下电极103(第二电极的示例)一侧的变形量不同。
45.条件(2)：当中间层102被压10μm时，中间层102在上电极101一侧的通用硬度(h1)和当中间层102被压10μm时，中间层102在下电极103一侧的通用硬度(h2)不同。
46.由于上述两个表面的变形量或硬度不同，中间层102能够实现较大的发电量。
47.在本实施例中，变形量是指中间层102在以下条件下被压时压头的最大受压深度。
48.测试条件
49.测量机器：由fischer instruments k.k.制造的超微硬度计win-hud。
50.压头：四角形金字塔钻石压头，其相对面之间的角度为136度
51.初始负载：0.02毫牛顿(mn)
52.最大负载：1mn
53.从初始负载到最大负载的负载增加时间：10秒
54.通用硬度是通过下面描述的方法获得的。
55.测试条件
56.测量机器：由fischer instruments k.k.制造的超微硬度计win-hud。
57.压头：四角形金字塔钻石压头，其相对面之间的角度为136度
58.压制深度：10μm
59.初始负载：0.02mn
60.最大负载：100mn
61.从初始负载到最大负载的负载增加时间：50秒
62.通用硬度(h1)和通用硬度(h2)之间的比率(h1/h2)优选为1.01或更高，更优选为1.07或更高，特别优选为1.13或更高。比值(h1/h2)的上限没有具体限制，可以根据例如在使用情况下需要的柔性程度、使用情况下的负载、或类似情况来适当选择；然而，最好将上限设置为1.70或更少。这里，h1代表相对硬的表面的通用硬度，h2代表相对软的表面的通用硬度。
63.中间层102的材料没有具体限制，可以根据预期目的适当选择。例如，可以采用橡胶、橡胶组合物或类似物。
64.橡胶的示例包括硅橡胶、丙烯酸橡胶、氯丁橡胶、聚硫橡胶、聚氨酯橡胶、丁基橡胶、天然橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、含氟橡胶、异戊橡胶、丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、乙丙橡胶、氯磺化聚乙烯合成橡胶、聚异丁烯和改性硅胶。上述材料中的一种可以单独使用，或者两种或更多的上述材料可以组合使用。在上述材料中，优选地为硅橡胶。
65.只要是含有硅氧烷连接的橡胶，硅橡胶就没有特别的限制，可以根据预期的目的适当地选择。硅橡胶的示例包括二甲基硅橡胶、甲基苯基硅橡胶、氟硅橡胶、改性硅橡胶(例如，丙烯酸改性、醇酸改性、酯改性或环氧改性)。上述材料中的一种可以单独使用，或者两种或更多的上述材料可以组合使用。
66.橡胶组合物的示例包括含有填充物和橡胶的组合物。在这些组合物中，优选地为含有硅橡胶的硅橡胶组合物，因为其具有较高的发电性能。
67.填充物的示例包括有机填充物、无机填充物、和有机-无机复合填充物。只要是有机化合物，有机填充物就没有具体限制，可以根据预期目的适当选择。有机填充物的示例包括丙烯酸细颗粒、聚苯乙烯细颗粒、三聚氰胺细颗粒、氟碳聚合物细颗粒，如聚四氟乙烯、硅酮粉(硅树脂粉、硅橡胶粉、硅酮复合粉)、橡胶粉、木粉、纸浆和淀粉。只要是无机化合物，无机填充物就没有具体限制，可以根据预期目的适当选择。
68.无机填充物的示例包括氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐、氮化物、碳、金属和其它化合物。
69.氧化物的示例包括硅石、硅藻土、氧化铝、氧化锌、氧化钛、氧化铁、和氧化镁。
70.氢氧化物的示例包括氢氧化铝、氢氧化钙、和氢氧化镁。
71.碳酸盐的示例包括碳酸钙、碳酸镁、碳酸钡和氢氧化铝。
72.硫酸盐的示例包括硫酸铝、硫酸钙和硫酸钡。
73.硅酸盐的示例包括硅酸钙(硅灰石和沸石)、硅酸锆、高岭土、滑石、云母、沸石、珍珠岩、膨润土、蒙脱石、绢云母、活性粘土、玻璃和空心玻璃珠。
74.氮化物的示例包括氮化铝、氮化硅、和氮化硼。
75.碳素的示例包括科琴黑、乙炔黑、石墨、碳质纤维、碳纤维、碳纳米纤维、碳纳米管、富勒烯(包括衍生物)、和石墨烯。
76.金属的示例包括金、银、铂、铜、铁、铝、和镍。
77.其它化合物的示例包括钛酸钾、钛酸钡、钛酸锶、锆钛酸铅、碳化硅和硫化钼。无机填充物可以进行表面处理。
78.只要是有机化合物和无机化合物在分子水平上结合的化合物，就可以不受特别限制地使用有机-无机复合填充物。
79.有机-无机复合填充物的示例包括二氧化硅-丙烯酸复合细颗粒和硅氧烷。
80.填充物的平均颗粒直径没有具体限制，可根据预期目的适当选择；然而，最好将平均颗粒设定为0.01μm至30μm，更优选为0.1μm至10μm。如果平均颗粒直径为0.01μm或更大，可能会改善发电性能。此外，如果平均颗粒直径为30μm或更小，中间层是可变形的，这样就有可能提高发电性能。
81.可以按照已知的方法来测量平均颗粒直径，通过使用已知的粒度分布测量仪器，如microtrac hra(由nikkiso co.,ltd.制造)。
82.填充物的含量优选为0.1质量份(parts by mass)至100质量份，相对于100质量份的橡胶而言，更优选为1质量份至50质量份。如果含量为0.1质量份或更多，可能会改善发电性能。此外，如果含量在100质量份以下，中间层是可以变形的，这样就可以提高发电性能。
83.其它成分没有具体限制，可根据预期目的适当选择。其它成分的例子包括添加剂。只要不损害本实施例的目标，其它成分的内容可以适当选择。
84.添加剂的示例包括交联剂、反应控制剂、填充物、增强材料、防老化剂、导电性控制剂、着色剂、增塑剂、加工助剂、阻燃剂、紫外线吸收剂、增粘剂和触变剂。
85.制备包括在中间层102中的材料的方法没有具体限制，可以根据预期目的适当选择。例如，作为制备橡胶组合物的方法，可以通过混合橡胶、填充物和如果需要的其它成分，并进行揉捏和分散来制备橡胶组合物。
86.制备中间层102的方法没有具体限制，可以根据预期目的适当选择。例如，作为制备橡胶或橡胶组合物薄膜的方法，可以采用将橡胶或橡胶组合物通过刀片涂布、模具涂布、浸渍、旋涂等方法涂在基材上，然后用热、电子束、空气中的水分等进行固化。
87.中间层102的平均厚度没有具体限制，可以根据预期的目的适当选择；然而，从变形的跟随性角度来看，最好将平均厚度设定为0.01μm至10mm，更优选0.1μm至100μm。此外，如果平均厚度在优选范围内，就有可能保证成膜性能，有可能防止抑制变形，从而有可能在良好的条件下发电；但是，最好是减少薄膜厚度以增加发电量。
88.优选地，中间层102具有绝缘性能。作为绝缘性能，优选是体积电阻率为108欧姆厘米(ωcm)或更高，更优选的是体积电阻率为1010ωcm或更高。中间层102具有多层结构。
89.中间层102可以进行表面改性处理或灭活处理。
90.表面改性处理
91.作为表面改性处理，干法处理和湿法处理中的任何一种都适用，但优选是干法处理。干法处理的示例包括等离子体处理、电晕放电处理、电子束辐照处理、紫外线辐照处理、臭氧处理、和辐射(x射线、α射线、β射线、γ射线或中子射线)辐照处理。在上述处理方法中，
从处理速度的角度看，优选地为等离子体处理、电晕放电处理和电子束辐照处理；但是，只要能保证一定的辐照能量并对材料进行改性，处理方法不限于上述几种。表面改性表示中间层表面的化学变化。
92.等离子体处理
93.例如，在等离子体处理的情况下，等离子体发生装置可以是平行板型、电容耦合型、或电感耦合型，或者可以是大气压等离子体装置。从耐久性的角度来看，优选为低压等离子体处理。
94.等离子体处理中的反应压力没有具体限制，可以根据预期目的适当选择；但是，优选地将反应压力设置为0.05帕斯卡(pa)至100pa，更优选的是1pa至20pa。
95.等离子体处理中的反应气氛没有具体限制，可以根据预期目的适当选择。例如，某些气体，如惰性气体、稀有气体、或氧气，都是有效的，但从效果的可持续性角度看，优选氩气。此外，在这种情况下，优选地将氧分压设置为5,000ppm或更低。如果反应气氛中的氧分压为5,000ppm或更低，就有可能防止产生臭氧，并且避免使用臭氧处理装置。
96.等离子体处理中的辐照功率量由(输出量
×
辐照时间)定义。辐照功率量优选为5瓦特小时(wh)至200wh，更优选为10wh至50wh。如果辐照功率量在优选范围内，就有可能将发电功能传给中间层102，并防止由于过度辐照而导致耐久性下降。
97.电晕放电处理
98.电晕放电处理中的应用能量(累积能量)优选为每平方厘米6焦耳(j/cm2)至300j/cm2，更优选为12j/cm2至60j/cm2。如果应用的能量在优选的范围内，就有可能将发电功能传给中间层102，并防止由于过度辐照而导致耐久性下降。
99.电子束辐照处理
100.电子束辐照处理中的辐照量优选为1千戈瑞(kgy)或更多，更优选为300kgy至10兆戈瑞(mgy)。如果辐照量在优选范围内，就有可能将发电功能传给中间层102，并防止由于过度辐照而导致耐久性下降。电子束辐照处理中的反应气氛没有具体限制，可以根据预期目的适当选择；但是，优选用惰性气体填充气氛，如氩气、氖气、氦气或氮气，并将氧分压设置为5,000ppm或以下。如果反应气氛中的氧分压为5,000ppm或更低，就有可能防止产生臭氧，并且避免使用臭氧处理装置。
101.紫外线辐照处理
102.优选地，紫外线辐照处理中的紫外线的波长为365纳米(nm)或更小，200nm或更大，更优选的是320nm或更小，240nm或更大。紫外线辐照处理中的累积光强度优选为5j/cm2至500j/cm2，更优选为50j/cm2至400j/cm2。如果累积的光强度在优选的范围内，就有可能将发电功能传给中间层102，并防止由于过度照射而导致耐久性下降。紫外线辐照处理中的反应气氛没有具体限制，可以根据预期目的适当选择；但是，优选用惰性气体填充气氛，如氩气、氖气、氦气或氮气，并将氧分压设置为5,000ppm或以下。如果反应气氛中的氧分压为5,000ppm或更低，就有可能防止产生臭氧，并且避免使用臭氧处理装置。
103.作为传统技术，已经提出了一种活性基团的技术，其通过等离子体处理、电晕放电处理、紫外线照射处理、电子束照射处理或类似的方法发生激发或氧化并增强层间附着力。然而，人们发现这种技术仅限于在层与层之间的应用，而应用于最外层的表面反而降低了可释放性，这是不可取的。此外，在富氧状态下进行反应，以有效引入反应活性基团(羟基)。
因此，上述的常规技术与本实施例的表面改性处理在本质上是不同的。
104.本实施例的表面改性处理是在氧气减少和压力降低的反应环境中进行处理(例如等离子体处理)，因此促进了交联和结合，从而有可能由于"具有高结合能量的si-o键的增加"而提高耐久性，并由于"交联密度的增加而致密化"而进一步提高可释放性(同时，即使在本实施例中也会形成一些活性基团，但这些活性基团会通过耦合剂或空气干燥处理而失去活性，这将在后面介绍)。
105.灭活处理
106.中间层102的表面可以适当地使用各种材料进行灭活处理。灭活处理没有具体限制，只要有可能通过处理使中间层102的表面失活，就可以根据预期目的适当选择。例如，可以采用向中间层102的表面添加失活剂的处理方法。灭活表示中间层102表面的性质发生了变化，使化学反应不太可能发生。这种变化是通过使通过等离子体处理、电晕放电处理、紫外线照射处理、电子束照射处理等激发或氧化产生的活性基团(例如-oh等)与失活剂反应，并降低中间层102表面的活化程度而实现的。
107.灭活剂的示例包括无定形树脂和偶合剂。
108.无定形树脂的示例包括主链上有全氟聚醚结构的树脂。
109.偶合剂的例子包括金属烷烃和含有金属烷烃的溶液。金属烷烃的示例包括下面由表达式(1)表示的化合物，聚合度约为2至10的部分水解缩合材料，以及该化合物和该材料的混合物。
110.r
1(4-n)
si(or2)nꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
111.然而，上述表达式(1)中的r1和r2分别代表1至10个碳原子的直链或支链中的任何一个烷基、烷基聚醚链和芳基。n代表2至4的整数。
112.上述表达式(1)所代表的化合物的示例包括二甲基二甲氧基硅烷、二乙基二甲氧基硅烷、二乙基二甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、四甲基二甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷和四丙氧基硅烷。从耐用性的角度看，优选为四乙氧基硅烷。
113.在上述表达式(1)中，r1可以是氟烷基，也可以是通过氧结合的氟烷基丙烯酸酯或醚全氟聚醚。从柔性和耐用性的角度看，优选为全氟聚醚。
114.此外，金属烷烃的示例包括乙烯基硅烷(例如，乙烯基三(β-甲氧基)硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷等)、丙烯酰基硅烷(例如，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷等)、环氧硅烷(例如，β-(3,4-环氧环己基、乙基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷等)、氨基硅烷类(n-β(氨乙基)γ-氨丙基三甲氧基硅烷、n-β(氨乙基)γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、n-苯基-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷等)。
115.此外，作为金属烷烃，可以使用ti、sn、al和zr中的一种或ti、sn、al和zr中两种或两种以上的组合，作为除si以外的金属原子。
116.灭活处理可以通过例如对中间层前驱体(如橡胶)进行表面改性处理，然后通过涂抹、浸渍或类似方式使中间层前驱体的表面浸入失活剂来完成。此外，灭活可以通过等离子体化学气相沉积(cvd)、物理气相沉积(pvd)、溅射、真空沉积、燃烧化学气相沉积、或类似方法实现。
117.此外，如果使用硅橡胶作为中间层前驱体，可以通过进行表面改性处理，然后在前驱体以固定方式置于空气中时进行空气干燥来实现失活。
118.优选在中间层102的厚度方向上的氧密度曲线有局部最大值。
119.优选在中间层102的厚度方向上的碳密度曲线有局部最小值。
120.然后，在中间层102中，优选地是氧密度曲线指示局部最大值的位置和碳密度曲线指示局部最小值的位置相互匹配。
121.氧密度曲线和碳密度曲线可以通过x射线光电子能谱(xps)获得。测试方法的示例包括以下几点。
122.测试方法
123.测试设备由ulvac-phi公司制造的ulvac-phi quanterasxm
124.测试光源al(单色)
125.测试输出功率：100μmφ,25.1w
126.测试区域：500μm
×
300μm
127.通过能量：55电子福特(ev)(窄幅扫描)
128.能量步进：0.1ev(窄幅扫描)
129.相对敏感系数：使用phi相对敏感系数
130.溅射光源：c60集束离子
131.离子枪输出功率：10千伏(kv)，10纳安培(na)
132.光栅控制：(x＝0.5,y＝2.0)mm
133.溅射速率：0.9纳米每分钟(nm/min)(按sio2换算)
134.在xps中，通过捕捉因光电效应而发射的电子，有可能识别测量对象中原子的丰度和成键状态。
135.硅橡胶包含硅氧烷链接，并包含作为主要成分的si、o和c。因此，如果硅橡胶被用作中间层的材料，就有可能通过测量xps的宽扫描光谱和使用元素间的相对峰强比来获得存在于表层和内侧的各原子在深度方向上的丰度。
136.此外，在硅橡胶的情况下，有可能通过测量si的2p轨道上的电子发射的能量来识别与硅结合的元素和结合状态。通过解析代表si成键状态的2p轨道上窄扫描光谱的峰值，有可能获得化学成键状态。
137.一般来说，众所周知，峰的移动量取决于成键状态，在经过上述表面处理和/或灭活处理的硅橡胶的情况下，可以观察到峰向si2p轨道的高能侧移动，这表明与si结合的氧原子的数量增加。
138.如果对上电极101侧的中间层102表面进行某些表面处理，如表面改性处理或灭活处理，则上电极101侧的中间层102表面会比下电极103侧的中间层102表面更硬。因此，上电极101侧的中间层102表面的通用硬度h1变得比下电极103侧的中间层102表面的通用硬度h2更高。在这种配置下，如果压力f，即相同的变形传授力，同时作用于上电极101侧和下电极103侧，则上电极101侧的中间层102的变形程度小于下电极103侧的中间层102的变形程度，这样上电极101的不平结构就可以相对地大部分嵌入下电极103中。因此，有可能增加发电元件1的发电量。
139.中间层102在静止状态下无需初始表面电位。同时，在下面的测量条件下，可以测
量静止状态的初始表面电位。这里，没有初始表面电位的状态是指在下面的测量条件下测量时，表面电位为
±
10v或更小。
140.测试条件
141.预处理：在温度为30摄氏度、相对湿度为40％的环境中静置24小时，并进行60秒的中和处理(使用keyence生产的sj-f300)。
142.设备：treck model344
143.测试探针：6000b-7c
144.测试距离：2mm
145.测量点直径：直径(φ)为10毫米
146.从上述观点来看，根据本实施例的发电元件1采用了与日本未审专利申请公开号2009-253050、日本未审专利申请公开号2014-027756、日本未审专利申请公开号s54-14696等描述的技术不同的发电原理。虽然没有施加任何理论上的限制，但可以认为本实施例的发电元件1(元件的一个示例)由于上电极101和中间层102之间的分离而产生电荷，并由于此时在中间层102中积累的静电感应，通过使电荷移动而产生电力。
147.下电极103(第二电极的一个示例)是下电极的一个示例，它与中间层102紧密相连。此外，发电元件1是由于上电极101和中间层102之间的接触或分离而产生电信号的元件。此外，如图1b所示，当上电极101和中间层102相互接触时，下电极103采取可与上电极101的不平结构相适应的形状。通过这种配置，如图2a和2b所示，当上电极101和中间层102相互接触时(即，当负载从上电极101一侧作用到下电极103一侧时)，上电极101可以完全嵌入作为中间层102的发电装置中，这样就有可能增加上电极101和中间层102之间的接触面积。因此，有可能进一步提高发电元件1的发电量。此外，优选地是当上电极101和中间层102相互分离时，下电极103保持可与上电极101的不平结构相适应一定的形状。
148.优选地是本实施例的发电元件1(元件的一个示例)至少在中间层102、上电极101(第一电极的一个示例)和下电极103(第二电极的一个示例)之间有空间。通过该配置，有可能增加发电量。
149.布置空间的方法没有具体限制，可以根据预期目的适当选择。例如，可以采用至少在中间层102、上电极101(第一电极的一个示例)和下电极103(第二电极的一个示例)之间布置隔板(spacer)的方法。
150.隔板的材料、形式、形状、尺寸等没有具体限制，可根据预期目的适当选择。隔板材料的示例包括聚合物材料、橡胶、金属、导电聚合物材料和导电橡胶化合物。
151.高分子材料的示例包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、聚酰亚胺树脂、氟碳聚合物和丙烯酸树脂。橡胶的示例包括硅橡胶、丙烯酸橡胶、氯丁橡胶、聚硫橡胶、聚氨酯橡胶、丁基橡胶、天然橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、含氟橡胶、异戊橡胶、丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、乙丙橡胶、氯磺化聚乙烯合成橡胶、聚异丁烯和改性硅胶。
152.金属的示例包括金、银、铜、铝、不锈钢、钽、镍和磷青铜(phosphor bronze)。导电聚合物材料的示例包括聚噻吩、聚乙炔和聚苯胺。导电橡胶组合物的示例包括含有导电填充物和橡胶的组合物。导电填充物的示例包括：碳材料(例如，科琴黑、乙炔黑、石墨、碳质纤维、碳纤维、碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯等)，金属填充物(例如，金、银、铂、铜、铝、镍等)，
导电聚合物材料(例如，聚噻吩、聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚(对苯)、和聚(对苯乙烯)中任何一种的衍生物、那些通过向上述衍生物添加由阴离子或阳离子代表的掺杂物而得到的衍生物、以及类似物)、和离子液体。
153.橡胶的示例包括硅橡胶、丙烯酸橡胶、氯丁橡胶、聚硫橡胶、聚氨酯橡胶、丁基橡胶、天然橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、含氟橡胶、异戊橡胶、丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、乙丙橡胶、氯磺化聚乙烯合成橡胶、聚异丁烯和改性硅胶。
154.隔板的形式的示例包括片材、膜、编织布、无纺布、网状物、和海绵。
155.隔板的排列模式的示例包括点、线、和网格。
156.隔板的形状、尺寸、厚度和安装位置可根据元件的结构适当选择。
157.本实施例的发电元件1(元件的一个示例)可以包括，例如，作为其他部件的上盖部件和下盖部件。上盖部件和下盖部件的材料、形状、尺寸、厚度和结构不受具体限制，可根据预期目的适当选择。
158.盖件的材料的示例包括聚合物材料和橡胶。
159.高分子材料的示例包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、聚酰亚胺树脂、氟碳聚合物和丙烯酸树脂。
160.橡胶的示例包括硅橡胶、改性硅橡胶、丙烯酸橡胶、氯丁橡胶、聚硫橡胶、聚氨酯橡胶、丁基橡胶、氟硅橡胶、天然橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、含氟橡胶、异戊二烯橡胶、丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、乙丙橡胶、氯磺化聚乙烯合成橡胶、聚异丁烯。橡胶材料优选地作为下盖。
161.下盖104被布置在下电极103的与中间层102的表面紧密连接的相反的表面上。在这种情况下，在上电极101和中间层102相互接触时，假定下盖104采取可与上电极101的不平结构和下电极103相适应的形状。通过这种配置，当上电极101和中间层102相互接触时，上电极101可以完全嵌入作为中间层102的发电装置中，这样就可以增加上电极101和中间层102之间的接触面积。因此，有可能进一步提高发电元件1的发电量。
162.图3是说明根据本实施例的发电元件的发电量的示例的示意图。在图3中，纵轴代表发电元件1的发电量，横轴代表下电极103的材料。下面将参照图3描述由于下电极103所用材料的不同而导致发电元件1的发电量不同的示例。
163.如图3所示，与使用金属箔(例如铝箔)或导电聚合物(膜厚为4μm)作为下电极103的情况相比，在使用导电硅橡胶作为下电极103的情况下，发电元件1的发电量增加，金属箔或导电聚合物几乎不变形为适合于上电极101的不平结构一定的形状，导电硅橡胶可以很容易地变形为适合于上电极101的不平结构一定的形状。因此，作为下电极103，优选使用很容易地变形为与上电极101的不平结构相适应的某种形状的材料(例如，导电硅橡胶)。通过这种配置，可以进一步地提高发电元件1的发电量。
164.图4是说明根据本实施例的发电元件的发电量的示例的示意图。在图4中，纵轴表示发电元件1的发电量，横轴表示下电极103(膜厚为10μm的导电硅橡胶)的硬度。下面将参照图4描述由于下电极103的硬度不同而导致发电元件1的发电量不同的示例。
165.如图4所示，随着下电极103的硬度降低和与上电极101的不平结构配合的便利性增加，发电元件1的发电量也随之增加。因此，优选使用具有硬度的下电极103作为下电极，在该硬度下可以很容易地变形为与上电极101的不平结构相适应的某种形状。通过这种配
置，可以进一步地提高发电元件1的发电量。
166.图5是说明根据本实施例的发电元件的发电量的示例的示意图。在图5中，纵轴代表发电元件1的发电量，横轴代表下电极103的弹性模量(弹性功率)。下面将参照图5描述由于下电极103的弹性模量不同而导致发电元件1的发电量不同的示例。
167.如图5所示，随着下电极103的弹性模量的降低和上电极101与中间层102的接触面积的增加(换句话说，随着与上电极101的不平结构的配合的便利性的增加)，发电元件1的发电量增加。因此，优选使用具有某弹性模量的下电极103作为下电极，在该弹性模量下，可以很容易地变形为与上电极101的不平结构相适应的某种形状。通过这种配置，可以进一步地提高发电元件1的发电量。
168.以这种方式，根据本实施例的发电元件1，当上电极101和中间层102相互接触时，上电极101可以完全嵌入作为中间层102的发电装置中，这样就可以增加上电极101和中间层102之间的接触面积。因此，有可能进一步提高发电元件1的发电量。
169.第一示例
170.第一示例是通过改变下电极103的材料来测量发电元件1的发电量的示例。
171.图6是说明用于测量根据第一实施例的发电元件的发电量的测量装置的一个示例的示意图。在本示例中，如图6所示，测量装置600包括，示波器601(例如，由日本teledyne公司制造的waveace1001)，示波器能够测量连接到上电极101和下电极103的电阻r(10兆欧(mω))两端的电压。这里，上电极101使用的是织物电极(例如，由seiren co.,ltd.制造的sui-10-70)。此外，硅橡胶(由shin-etsu chemical co.,ltd.制造的ke-106)被用作中间层102。具体地，中间层102可以通过在下电极103上涂抹硅橡胶，通过烘箱在120摄氏度下进行5分钟的固化，并进行电子束辐照处理(hamamatsu photonics k.k制造的ee-l-rc01)，形成膜厚为15μm的膜。下电极103被固定在测量设备600的平台上，并接地。此外，下电极103的硬度和弹性模量是通过使用微型硬度试验机(由fischer instruments k.k.制造的fisher scope hm2000，压头是vickers压头)测量的。
172.在本例中，如图6所示，测量装置600被配置成使上电极101在垂直方向上可移动，以使上电极101相对于中间层102的接触和分离操作。然后，测量装置600将上电极101与中间层102接触并分离时由示波器601测得的电压波形转换为移动电荷量，并计算出该量的总值作为发电量。例如，测量装置600计算上电极101和中间层102之间的第50次接触和分离的发电量。
173.图7是说明根据第一实施例的用于测量发电元件的发电量的下电极的材料的示例的示意图。图8是说明根据第一实施例的发电元件的发电量的测量结果的示例的示意图。在图8中，纵轴表示发电元件1的发电量，横轴表示下电极103的材料。下面将参照图7和图8描述由图6所示的测量装置600获得的发电元件1的发电量的测量结果的示例。
174.如图7和图8所示，当导电硅橡胶被用作下电极103时，发电元件1的发电量最大。这可能是因为，随着下电极103硬度的降低，当上电极101和中间层102相互接触时，下电极103更容易变形，这样就容易在上电极101和中间层102之间形成贴合的形状，增加上电极101和中间层102的接触面积。
175.第二示例
176.第二示例是通过改变下电极103(例如，膜厚为100μm的导电硅橡胶)的硬度来测量
发电元件1的发电量。甚至在本实施例中，与第一示例类似，通过使用图6所示的测量装置600来测量发电元件1的发电量。
177.图9是说明根据第二示例的发电元件的发电量的测量结果的示例的示意图。在图9中，纵轴表示发电元件1的发电量，横轴表示下电极103的硬度。如图9所示，得到了表明发电元件1的发电量随着下电极103的硬度降低而增加的结果。这可能是因为，随着下电极103硬度的降低，当上电极101和中间层102相互接触时，下电极103更容易变形，这样就容易在上电极101和中间层102之间形成贴合的形状，增加上电极101和中间层102的接触面积。
178.第三示例
179.第三示例是通过改变下电极103(例如，膜厚为100μm的导电硅橡胶)的弹性模量(弹性功率)来测量发电元件1的发电量。甚至在本实施例中，与第一示例类似，通过使用图6所示的测量装置600来测量发电元件1的发电量。
180.图10是说明根据第三示例的发电元件的发电量的测量结果的示例的示意图。在图10中，纵轴代表发电元件1的发电量，横轴代表下电极103的弹性功率。如图10所示，得到了表明发电元件1的发电量随着下电极103的弹性功率的减少而增加的结果。由于上电极101和中间层102之间重复接触和分离，发电元件1的发电量随着上电极101和中间层102之间接触面积的增加而趋于饱和。这可能是因为，在如上所述的情况下，如果下电极103的弹性模量较小，当上电极101和中间层102相互接触时形成的下电极的变形状态可以很容易地保持，并且上电极101和中间层102之间的接触面积可以很容易地被稳定下来。因此，发电元件1的发电量随着下电极103的弹性功率的减少而增加。
181.根据本发明的一个方面，有可能进一步提高柔性元件的发电量。
182.以上描述的实施例是说明性的，并不限制本发明。因此，根据上述教示，可以进行许多额外的修改和变化。例如，这里不同的说明性和示例性实施例的至少一个元素可以在本公开和所附权利要求的范围内相互结合或相互替代。此外，实施例的部件特征，如数量、位置、和形状，并不限制实施例，因此可以优选设置。因此，应当理解，在所附权利要求的范围内，本发明的公开可以以不同于本文具体描述的方式实施。