磁控濺射氧化物層的摩擦發(fā)電機及摩擦發(fā)電機組的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種磁控濺射氧化物層的摩擦發(fā)電機及摩擦發(fā)電機組。其中，磁控濺射氧化物層的摩擦發(fā)電機包括：具有摩擦界面的摩擦發(fā)電結構；以及至少一層氧化物層，所述氧化物層通過磁控濺射的方式設置在所述摩擦發(fā)電結構的摩擦界面的至少一個摩擦表面上。本實用新型中，通過在聚合物或者金屬基底上磁控濺射氧化物層，使得氧化物層與金屬或者聚合物接觸摩擦，得到的磁控濺射氧化物層的摩擦發(fā)電機輸出性能顯著提高。
【專利說明】磁控濺射氧化物層的摩擦發(fā)電機及摩擦發(fā)電機組

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及納米【技術領域】，更具體地說，涉及一種磁控濺射氧化物層的摩擦 發(fā)電機及摩擦發(fā)電機組。

【背景技術】
[0002] 摩擦電是自然界最常見的現(xiàn)象之一，但是因為很難收集利用而被忽略。如果能夠 將摩擦電應用到自發(fā)電設備中，勢必會給人們的生活帶來更多的便利。目前，利用摩擦起電 和靜電感應原理制備摩擦發(fā)電機已成為一研宄熱點，這種摩擦發(fā)電機能夠?qū)C械能轉(zhuǎn)變?yōu)?電能，在微能量收集、傳感器領域具有廣泛應用前景。但是現(xiàn)有的摩擦發(fā)電機存在輸出電能 效率較低的缺點，這在一定程度上制約了它的應用。 實用新型內(nèi)容
[0003] 本實用新型的發(fā)明目的是針對現(xiàn)有技術的缺陷，提出一種磁控濺射氧化物層的摩 擦發(fā)電機及摩擦發(fā)電機組，用以提高摩擦發(fā)電機的輸出性能。
[0004] 本實用新型提供了一種磁控濺射氧化物層的摩擦發(fā)電機，包括：具有摩擦界面的 摩擦發(fā)電結構；以及至少一層氧化物層，所述氧化物層通過磁控濺射的方式設置在所述摩 擦發(fā)電結構的摩擦界面的至少一個摩擦表面上。
[0005] 可選地，所述摩擦發(fā)電結構包括：至少兩層電極層和至少一層高分子聚合物層； 所述氧化物層通過磁控濺射的方式設置在形成所述摩擦發(fā)電結構的摩擦界面的電極層或 高分子聚合物層的表面上；所述至少兩層電極層為所述磁控濺射氧化物層的摩擦發(fā)電機的 輸出電極。
[0006] 可選地，所述摩擦發(fā)電結構包括依次層疊設置的第一電極層、高分子聚合物層和 第二電極層；所述第二電極層和所述高分子聚合物層固定設置在一起，所述第一電極層和 所述高分子聚合物層正對貼合固定連接，所述氧化物層設置在所述第一電極層和所述高分 子聚合物層正對貼合的兩個表面中的任一個表面上；或者，所述第一電極層和所述高分子 聚合物層固定設置在一起，所述高分子聚合物層和所述第二電極層正對貼合固定連接，所 述氧化物層設置在所述高分子聚合物層和所述第二電極層正對貼合的兩個表面中的任一 表面上。
[0007] 可選地，所述摩擦發(fā)電結構包括依次層疊設置的第一電極層、第一高分子聚合物 層、第二高分子聚合物層和第二電極層；所述第一電極層和所述第一高分子聚合物層固定 設置在一起，所述第二電極層和所述第二高分子聚合物層固定設置在一起，所述第一高分 子聚合物層和所述第二高分子聚合物層正對貼合固定連接；所述氧化物層設置在所述第一 高分子聚合物層和所述第二高分子聚合物層正對貼合的兩個表面中的任一表面上。
[0008] 可選地，所述摩擦發(fā)電結構包括依次層疊設置的第一電極層、第一高分子聚合物 層、居間層、第二高分子聚合物層和第二電極層；其中，所述居間層為居間薄膜層或居間電 極層；所述第一電極層和所述第一高分子聚合物層固定設置在一起，所述第二電極層和所 述第二高分子聚合物層固定設置在一起，所述第一高分子聚合物層和所述居間層正對貼 合、所述居間層和所述第二高分子聚合物層正對貼合固定連接；所述氧化物層設置在所述 第一高分子聚合物層和所述居間層正對貼合的兩個表面中的任一表面上；和/或，所述氧 化物層設置在所述居間層和所述第二高分子聚合物層正對貼合的兩個表面中的任一表面 上。
[0009] 可選地，所述摩擦發(fā)電結構包括依次層疊設置的第一電極層、第一高分子聚合物 層、居間電極層、第二高分子聚合物層和第二電極層；其中，所述第一高分子聚合物層、居間 電極層、第二高分子聚合物層固定設置在一起，所述第一電極層和所述第一高分子聚合物 層正對貼合、所述第二電極層與所述第二高分子聚合物層正對貼合固定連接；所述氧化物 層設置在所述第一電極層和所述第一高分子聚合物層正對貼合的兩個表面中的任一表面 上；和/或，所述氧化物層設置在所述第二電極層和所述第二高分子聚合物層正對貼合的 兩個表面中的任一表面上。
[0010] 可選地，所述摩擦發(fā)電結構包括依次層疊設置的第一電極層、第一高分子聚合物 層、第二高分子聚合物層、居間電極層、第三高分子聚合物層、第四高分子聚合物層和第二 電極層；其中，所述第一電極層和所述第一高分子聚合物層固定設置在一起，所述第二高 分子聚合物層、居間電極層和所述第三高分子聚合物層固定設置在一起，所述第二電極層 和所述第四高分子聚合物層固定設置在一起，所述第一高分子聚合物層和所述第二高分子 聚合物層正對貼合、所述第四高分子聚合物層和所述第三高分子聚合物層正對貼合固定連 接；所述氧化物層設置在所述第一高分子聚合物層和所述第二高分子聚合物層正對貼合的 兩個表面中的任一表面上；和/或，所述氧化物層設置在所述第四高分子聚合物層和所述 第三高分子聚合物層正對貼合的兩個表面中的任一表面上。
[0011] 可選地，所述摩擦發(fā)電結構包括：兩層電極層，所述兩層電極層之間形成所述摩擦 界面；所述氧化物層通過磁控濺射的方式設置在形成所述摩擦發(fā)電結構的摩擦界面的任一 電極層的表面上；所述兩層電極層為所述磁控濺射氧化物層的摩擦發(fā)電機的輸出電極。
[0012] 可選地，所述氧化物層的厚度為20-400nm。
[0013] 可選地，所述氧化物層的厚度為95-105nm。
[0014] 可選地，所述氧化物層為氧化鋅層。
[0015] 可選地，所述至少一層高分子聚合物層的材料為聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜或聚 四氟乙烯薄膜。
[0016] 可選地，所述氧化物層是通過在腔室內(nèi)抽真空至5*1(T3P，通氬氣，調(diào)整至工作氣壓 1. 2Pa，工作氣壓穩(wěn)定后開射頻電源進行濺射得到的。
[0017] 本實用新型還提供了一種摩擦發(fā)電機組，由上面所述的磁控濺射氧化物層的摩擦 發(fā)電機并聯(lián)組成。
[0018] 本實用新型中，通過在聚合物或者金屬基底上磁控濺射氧化物層，使得氧化物層 與金屬或者聚合物接觸摩擦，得到的磁控濺射氧化物層的摩擦發(fā)電機輸出性能顯著提高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖la示出了本實用新型提供的磁控濺射氧化鋅層的摩擦發(fā)電機的實施例一的截 面結構示意圖；
[0020] 圖lb示出了本實用新型提供的磁控濺射氧化鋅層的摩擦發(fā)電機的實施例二的截 面結構示意圖；
[0021] 圖2示出了本實用新型提供的磁控濺射氧化鋅層的摩擦發(fā)電機的實施例三的截 面結構示意圖；
[0022] 圖3示出了本實用新型提供的磁控濺射氧化鋅層的摩擦發(fā)電機的實施例四的截 面結構示意圖；
[0023] 圖4示出了本實用新型提供的磁控濺射氧化鋅層的摩擦發(fā)電機的實施例五的截 面結構示意圖；
[0024] 圖5示出了本實用新型提供的磁控濺射氧化鋅層的摩擦發(fā)電機的實施例六的截 面結構示意圖；
[0025] 圖6示出了本實用新型提供的磁控濺射氧化鋅層的摩擦發(fā)電機的實施例七的截 面結構示意圖；
[0026] 圖7示出了本實用新型提供的磁控濺射氧化鋅層的摩擦發(fā)電機的實施例八的截 面結構示意圖；
[0027] 圖8示出了本實用新型提供的磁控濺射氧化鋅層的摩擦發(fā)電機的實施例九的截 面結構示意圖。

【具體實施方式】
[0028] 為充分了解本實用新型之目的、特征及功效，借由下述具體的實施方式，對本實用 新型做詳細說明，但本實用新型并不僅僅限于此。
[0029] 為了克服現(xiàn)有的摩擦發(fā)電機存在的輸出電能效率低的技術問題，本申請的發(fā)明人 在現(xiàn)有的摩擦發(fā)電機基礎上，在材料、結構和工藝方面進行了大量的研宄和實驗工作，提出 了一種磁控濺射氧化物層的摩擦發(fā)電機，這種磁控濺射氧化物層的摩擦發(fā)電機是在現(xiàn)有的 三層、四層或五層的摩擦發(fā)電結構基礎上，在摩擦發(fā)電結構的摩擦界面的至少一個摩擦表 面上磁控濺射氧化物層而得到的。下面通過幾個具體的實施例對這種結構的摩擦發(fā)電機進 行詳細介紹，在下述實施例中，氧化物層以氧化鋅層為例進行介紹，但本實用新型不僅限于 此，氧化物層還可以為二氧化鈦、二氧化錯、二氧化娃、三氧化二鋁、五氧化二銀、三氧化二 銦。
[0030] 圖la示出了本實用新型提供的磁控濺射氧化鋅層的摩擦發(fā)電機的實施例一的截 面結構示意圖。如圖la所示，該摩擦發(fā)電機包括依次層疊設置的第一電極層10、高分子聚 合物層11和第二電極層12,還包括設置在第一電極層10和高分子聚合物層11之間的氧化 鋅層13 ;第二電極層12和高分子聚合物層11固定設置在一起，第一電極層10和高分子聚 合物層11正對貼合固定連接，氧化鋅層13具體設置在第一電極層10和高分子聚合物層11 正對貼合的兩個表面中的高分子聚合物層11的表面上，即圖la中高分子聚合物層11的上 表面。
[0031] 在本實施例提供的摩擦發(fā)電機的制作過程中，首先在高分子聚合物層11的一側(cè) 表面（圖la的高分子聚合物層11的下表面）上涂覆第二電極層12,或者采用其它方式使 第二電極層12粘接在高分子聚合物層11的下表面上。然后，采用磁控濺射方法在高分子 聚合物層11的上表面設置氧化鋅層13,具體地，安裝氧化鋅基材和上述基材（粘接有第二 電極層12的高分子聚合物層），抽真空至5*10,左右，通Ar氣，調(diào)整至工作氣壓1.2Pa， 氣壓穩(wěn)定后開射頻電源進行濺射，同時打開膜厚儀實時監(jiān)測濺射厚度，達到適當厚度時，例 如lOOnm，關閉射頻電源，關閉氣路，待分子泵停穩(wěn)，通氣，開腔室取出基片樣品。最后，將第 一電極層10與上下表面分別設置有氧化鋅層和第二電極層的高分子聚合物層正對貼合， 正對貼合的兩個器件的短邊緣采用膠布密封固定，保證兩個器件正對貼合的表面的適度接 觸。
[0032] 在上述制作工藝中，也可先在高分子聚合物層11的上表面磁控濺射氧化鋅層13， 而后在高分子聚合物層11的下表面粘接或涂覆第二電極層12。
[0033] 在這種設置方式中，第一電極層10與氧化鋅層13接觸摩擦產(chǎn)生電能，并由第一電 極層10和第二電極層12作為輸出電極將電能輸出。
[0034] 圖lb示出了本實用新型提供的磁控濺射氧化鋅層的摩擦發(fā)電機的實施例二的截 面結構示意圖。如圖lb所示，本實施例與實施例一的不同之處在于，氧化鋅層13具體設置 在第一電極層10和高分子聚合物層11正對貼合的兩個表面中的第一電極層10的表面上， 即圖lb中第一電極層10的下表面。其設置方法也是磁控濺射方法，具體不再贅述。
[0035] 圖la和圖lb所示的摩擦發(fā)電機均是在三層摩擦發(fā)電機結構中做的改進。作為三 層摩擦發(fā)電機結構的另一種改進方式，第一電極層和高分子聚合物層可固定設置在一起， 高分子聚合物層和第二電極層正對貼合固定連接，氧化鋅層具體設置在高分子聚合物層和 第二電極層正對貼合的兩個表面中的任一表面上。
[0036] 圖2示出了本實用新型提供的磁控濺射氧化鋅層的摩擦發(fā)電機的實施例三的截 面結構示意圖。如圖2所示，該摩擦發(fā)電機包括依次層疊設置的第一電極層20、第一高分 子聚合物層21、第二高分子聚合物層22和第二電極層23,還包括設置在第一高分子聚合物 層21和第二高分子聚合物層22之間的氧化鋅層24 ;第一電極層20和第一高分子聚合物 層21固定設置在一起，第二電極層23和第二高分子聚合物層22固定設置在一起，第一高 分子聚合物層21和第二高分子聚合物層22正對貼合固定連接；氧化鋅層24具體設置在第 一高分子聚合物層21和第二高分子聚合物層22正對貼合的兩個表面中的第二高分子聚合 物層22的表面上，即圖2中第二高分子聚合物層22的上表面。
[0037] 在本實施例提供的摩擦發(fā)電機的制作過程中，首先在第一高分子聚合物層21的 上表面上涂覆或粘接第一電極層20,在第二高分子聚合物層22的下表面上涂覆或粘接第 二電極層23 ;然后，采用磁控濺射方法在第二高分子聚合物層22的上表面設置氧化鋅層 24,具體地，安裝氧化鋅基材和上述基材（涂覆或粘接有第二電極層的第二高分子聚合物 層），抽真空至5*10_ 3P左右，通Ar氣，調(diào)整至工作氣壓1. 2Pa，氣壓穩(wěn)定后開射頻電源進行 濺射，同時打開膜厚儀實時監(jiān)測濺射厚度，達到適當厚度時，例如l〇〇nm，關閉射頻電源，關 閉氣路，待分子泵停穩(wěn)，通氣，開腔室取出基片樣品。最后，將涂覆或粘接第一電極層的第一 高分子聚合物層與上下表面分別設置有氧化鋅層和第二電極層的第二高分子聚合物層正 對貼合，正對貼合的兩個器件的短邊緣采用膠布密封固定，保證兩個器件正對貼合的表面 的適度接觸。
[0038] 在上述制作工藝中，也可先在第二高分子聚合物層22的上表面磁控濺射氧化鋅 層24,而后在第二高分子聚合物層22的下表面粘接或涂覆第二電極層23。
[0039] 在這種設置方式中，第一高分子聚合物層21與氧化鋅層24接觸摩擦產(chǎn)生電能，并 由第一電極層20和第二電極層23作為輸出電極將電能輸出。
[0040] 作為另外一種實施方式，氧化鋅層可具體設置在第一高分子聚合物層21和第二 高分子聚合物層22正對貼合的兩個表面中的第一高分子聚合物層21的表面上，即第一高 分子聚合物層21的下表面。其設置方法也是磁控濺射方法，具體不再贅述。在這種設置方 式中，氧化鋅層與第二高分子聚合物層接觸摩擦產(chǎn)生電能，并由第一電極層20和第二電極 層23作為輸出電極將電能輸出。
[0041]圖3示出了本實用新型提供的磁控濺射氧化鋅層的摩擦發(fā)電機的實施例四的截 面結構示意圖。如圖3所示，該摩擦發(fā)電機包括依次層疊設置的第一電極層30、第一高分子 聚合物層31、居間層32、第二高分子聚合物層33和第二電極層34,還包括設置在第一高分 子聚合物層31和居間層32之間的氧化鋅層35 ;第一電極層30和第一高分子聚合物層31 固定設置在一起，第二電極層34和第二高分子聚合物層33固定設置在一起，第一高分子聚 合物層31和居間層32正對貼合、居間層32和第二高分子聚合物層33正對貼合固定連接。 氧化鋅層35具體設置在第一高分子聚合物層31和居間層32正對貼合的兩個表面中的第 一高分子聚合物層31的表面上，即圖3中第一高分子聚合物層31的下表面。
[0042] 在本實施例提供的摩擦發(fā)電機的制作過程中，首先在第一高分子聚合物層31的 上表面上涂覆或粘接第一電極層30,在第二高分子聚合物層33的下表面上涂覆或粘接第 二電極層34 ;然后，采用磁控濺射方法在第一高分子聚合物層31的下表面設置氧化鋅層 35 (有關磁控濺射方法的具體介紹可參見上述實施例）。最后，將上下表面分別設置有第一 電極層和氧化鋅層的第一高分子聚合物層、居間層和涂覆或粘接第二電極層的第二高分子 聚合物層正對貼合，正對貼合的三個器件的短邊緣采用膠布密封固定，保證三個器件正對 貼合的表面的適度接觸。
[0043] 在上述制作工藝中，也可先在第一高分子聚合物層31的下表面磁控濺射氧化鋅 層35,而后在第一高分子聚合物層31的上表面粘接或涂覆第一電極層30。
[0044]上述居間層可以為居間薄膜層，居間薄膜層與氧化鋅層接觸摩擦產(chǎn)生電能，并由 第一電極層和第二電極層作為輸出電極將電能輸出。上述居間層也可以為居間電極層， 居間電極層與氧化鋅層接觸摩擦產(chǎn)生電能，第一電極層和第二電極層相連作為一個輸出電 極、居間電極層作為另一個輸出電極將電能輸出。
[0045] 作為另外一種實施方式，氧化鋅層可具體設置在第一高分子聚合物層和居間層正 對貼合的兩個表面中的居間層的表面上，即圖3中居間層的上表面，其設置方法也是磁控 濺射方法，具體不再贅述。
[0046] 作為又一種實施方式，氧化鋅層可具體設置在居間層和第二高分子聚合物層正對 貼合的兩個表面中的任一表面上，即圖3中居間層的下表面或第二高分子聚合物層的上表 面，其設置方法也是磁控濺射方法，具體不再贅述。
[0047] 圖4示出了本實用新型提供的磁控濺射氧化鋅層的摩擦發(fā)電機的實施例五的截 面結構示意圖。圖4與圖3所示的摩擦發(fā)電機的不同之處在于具有兩層氧化鋅層36和37， 其中氧化鋅層36設置在第一高分子聚合物層31和居間層32正對貼合的兩個表面中的第 一高分子聚合物層31的表面上，即第一高分子聚合物層31的下表面上；氧化鋅層37設置 在居間層32和第二高分子聚合物層33正對貼合的兩個表面中的第二高分子聚合物層33 的表面上，即第二高分子聚合物層33的上表面。
[0048] 作為另一種實施方式，也可將氧化鋅層37設置在居間層32和第二高分子聚合物 層33正對貼合的兩個表面中的居間層32的表面上，即居間層32的下表面上。
[0049] 圖5示出了本實用新型提供的磁控濺射氧化鋅層的摩擦發(fā)電機的實施例六的截 面結構示意圖。圖5與圖3所示的摩擦發(fā)電機的不同之處在于具有兩層氧化鋅層38和39， 其中氧化鋅層38設置在第一高分子聚合物層31和居間層32正對貼合的兩個表面中的居 間層32的表面上，即居間層32的上表面上；氧化鋅層39設置在居間層32和第二高分子聚 合物層33正對貼合的兩個表面中的居間層32的表面上，即居間層32的下表面上。
[0050] 作為另一種實施方式，也可將氧化鋅層39設置在居間層32和第二高分子聚合物 層33正對貼合的兩個表面中的第二高分子聚合物層33的表面上，即第二高分子聚合物層 33的下表面上。
[0051] 圖6示出了本實用新型提供的磁控濺射氧化鋅層的摩擦發(fā)電機的實施例七的截 面結構示意圖。如圖6所示，該摩擦發(fā)電機包括依次層疊設置的第一電極層40、第一高分 子聚合物層41、居間電極層42、第二高分子聚合物層43和第二電極層44,還包括設置在第 一電極層40和第一高分子聚合物層41之間的氧化鋅層45以及設置在第二高分子聚合物 層43和第二電極層44之間的氧化鋅層46。其中，第一高分子聚合物層41、居間電極層42、 第二高分子聚合物層43固定設置在一起，第一電極層40和第一高分子聚合物層41正對貼 合、第二電極層44與第二高分子聚合物層43正對貼合固定連接。氧化鋅層45具體設置在 第一電極層40和第一高分子聚合物層41正對貼合的兩個表面中的第一高分子聚合物層41 的表面上，即圖6中第一高分子聚合物層41的上表面；氧化鋅層46具體設置在第二高分子 聚合物層43和第二電極層44正對貼合的兩個表面中的第二高分子聚合物層43的表面上， 即圖6中第二高分子聚合物層43的下表面。
[0052] 在本實施例提供的摩擦發(fā)電機的制作過程中，首先采用粘接或涂覆的方式將第一 高分子聚合物層41、居間電極層42和第二高分子聚合物層43固定設置在一起；然后，采用 磁控濺射方法在第一高分子聚合物層41的上表面設置氧化鋅層45,在第二高分子聚合物 層43的下表面設置氧化鋅層46 (有關磁控濺射方法的具體介紹可參見上述實施例）。最 后，將上述器件與第一電極層40、第二電極層44正對貼合，正對貼合的三個器件的短邊緣 采用膠布密封固定，保證三個器件正對貼合的表面的適度接觸。
[0053] 在這種設置方式中，兩層氧化鋅層分別與兩個電極層接觸摩擦產(chǎn)生電能，第一電 極層和第二電極層相連作為一個輸出電極、居間電極層作為另一個輸出電極將電能輸出。
[0054] 作為另外一種實施方式，氧化鋅層45可具體設置在第一電極層和第一高分子聚 合物層正對貼合的兩個表面中的第一電極層的表面上，即第一電極層的下表面；或者，氧化 鋅層46可具體設置在第二高分子聚合物層和第二電極層正對貼合的兩個表面中的第二電 極層的表面上，即第二電極層的上表面。
[0055] 圖7示出了本實用新型提供的磁控濺射氧化鋅層的摩擦發(fā)電機的實施例八的截 面結構示意圖。如圖7所示，該摩擦發(fā)電機包括依次層疊設置的第一電極層50、第一高分 子聚合物層51、第二高分子聚合物層52、居間電極層53、第三高分子聚合物層54、第四高分 子聚合物層55和第二電極層56,還包括設置在第一高分子聚合物層51和第二高分子聚合 物層52之間的氧化鋅層57以及設置在第三高分子聚合物層54和第四高分子聚合物層55 之間的氧化鋅層58。其中，第一電極層50和第一高分子聚合物層51固定設置在一起，第二 高分子聚合物層52、居間電極層53和第三高分子聚合物層54固定設置在一起，第二電極層 56和第四高分子聚合物層55固定設置在一起，第一高分子聚合物層51和第二高分子聚合 物層52正對貼合、第四高分子聚合物層55和第三高分子聚合物層54正對貼合固定連接。 氧化鋅層57具體設置在第一高分子聚合物層51和第二高分子聚合物層52正對貼合的兩 個表面中的第二高分子聚合物層52的表面上，即圖7中第二高分子聚合物層52的上表面； 氧化鋅層58具體設置在第三高分子聚合物層54和第四高分子聚合物層55正對貼合的兩 個表面中的第三高分子聚合物層54的表面上，即圖7中第三高分子聚合物層54的下表面。
[0056] 在本實施例提供的摩擦發(fā)電機的制作過程中，首先采用粘接或涂覆的方式將第一 電極層50和第一高分子聚合物層51固定設置在一起，將第二高分子聚合物層52、居間電極 層53和第三高分子聚合物層54固定設置在一起，將第四高分子聚合物層55和第二電極層 56固定設置在一起；然后，采用磁控濺射方法在第二高分子聚合物層52的上表面設置氧化 鋅層57,在第三高分子聚合物層54的下表面設置氧化鋅層58 (有關磁控濺射方法的具體介 紹可參見上述實施例）。最后，將上述三個器件正對貼合，短邊緣采用膠布密封固定，保證三 個器件正對貼合的表面的適度接觸。
[0057] 在這種設置方式中，兩層氧化鋅層分別與兩個高分子聚合物層接觸摩擦產(chǎn)生電 能，第一電極層和第二電極層相連作為一個輸出電極、居間電極層作為另一個輸出電極將 電能輸出。
[0058] 作為另外一種實施方式，氧化鋅層57可具體設置在第一高分子聚合物層和第二 高分子聚合物層正對貼合的兩個表面中的第一高分子聚合物層的表面上，即第一高分子聚 合物層的下表面；或者，氧化鋅層58可具體設置在第三高分子聚合物層和第四高分子聚合 物層正對貼合的兩個表面中的第四高分子聚合物層的表面上，即第四高分子聚合物層的上 表面。
[0059] 圖8示出了本實用新型提供的磁控濺射氧化鋅層的摩擦發(fā)電機的實施例九的截 面結構示意圖。如圖8所示，該摩擦發(fā)電機包括依次層疊設置的兩個電極層：第一電極層 60和第二電極層61，還包括設置在第一電極層60和第二電極層61之間的氧化鋅層62。第 一電極層60和第二電極層61正對貼合并通過邊緣固定連接使兩層電極層之間形成摩擦界 面，氧化鋅層62通過磁控濺射的方式設置在形成摩擦界面的第一電極層60的下表面上。
[0060] 在這種設置方式中，氧化鋅層62與第二電極層61接觸摩擦產(chǎn)生電能，并由第一電 極層60和第二電極層61將電能輸出。
[0061] 作為另一種實施方式，氧化鋅層62可具體設置在第二電極層61的上表面上。
[0062] 在上述各種磁控濺射氧化鋅層的摩擦發(fā)電機結構中，高分子聚合物層或居間薄膜 層材料為選自聚酰亞胺薄膜、聚四氟乙烯、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄 膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄 膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、再生海綿薄膜、纖維素海綿薄膜、 聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚 甲基薄膜、甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚異丁烯薄膜、聚 氨酯柔性海綿薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯 丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和 聚乙烯丙二酚碳酸鹽薄膜中的任意一種。優(yōu)選地，第一高分子聚合物層、第二高分子聚合物 層、居間薄膜層材質(zhì)不同。
[0063] 優(yōu)選地，高分子聚合物層的材料為聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET)薄膜或聚四氟乙 烯（PTFE)薄膜。
[0064] 第一電極層、第二電極層所用材料是銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線膜、金屬或合 金；其中，金屬是金、銀、鉑、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、錫、鐵、錳、鉬、鎢或釩；合金是鋁合金、鈦 合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、錦合金、祕合金、銦 合金、鎵合金、鶴合金、鉬合金、銀合金或鉭合金。
[0065] 居間電極層所用材料為金屬或合金，其中，金屬是金、銀、鉑、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、 錫、鐵、猛、鑰、鶴或fji;合金是錯合金、欽合金、儀合金、被合金、銅合金、梓合金、猛合金、鎮(zhèn) 合金、鉛合金、錫合金、錦合金、祕合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鉬合金、銀合金或鉭合金。
[0066] 氧化物層的厚度為20-400nm，優(yōu)選為95-105nm。通過上述磁控派射方法制備的氧 化物層與基底具有良好的貼合力，同時能夠達到納米級別。
[0067] 本實用新型中，通過在聚合物或者金屬基底上磁控濺射氧化物層，使得氧化物層 與金屬或者聚合物接觸摩擦，得到的磁控濺射氧化物層的摩擦發(fā)電機輸出性能顯著提高。 以氧化鋅層為例，磁控濺射氧化鋅層顯著提高摩擦發(fā)電機性能的原因分析如下：
[0068] 1、氧化鋅層作為摩擦層，它具有良好的正摩擦序列。而且在磁控濺射過程中，會使 氧化鋅層本身攜帶電荷，能提高摩擦發(fā)電機輸出性能；
[0069] 2、通過在聚合物或者金屬基底上磁控濺射氧化物層，增加了摩擦面的接觸面積， 使得磁控濺射氧化鋅層的摩擦發(fā)電機輸出電能提高；
[0070] 3、氧化鋅具有壓電效應，與摩擦發(fā)電機有協(xié)同作用，增強輸出性能。但是氧化鋅的 壓電效應有限，所以本方案中磁控濺射氧化鋅層的摩擦發(fā)電機輸出性能提高不單純是摩擦 發(fā)電與壓電發(fā)電的簡單組合。
[0071] 4、采用磁控濺射方法在聚合物或者金屬基底上濺射氧化鋅層，相比于其他涂布等 方法，氧化鋅層與聚合物或金屬基底的貼合力強，同時，磁控濺射方法能夠提高氧化鋅層的 均勻性，提高摩擦接觸面積。
[0072] 下面通過一個具體示例來說明本實用新型磁控濺射氧化鋅層的摩擦發(fā)電機的性 能。
[0073] 該磁控濺射氧化鋅層的摩擦發(fā)電機包括由上而下層疊設置的：導電膠帶、下表面 磁控濺射l〇〇nmZnO的PTFE、PET以及導電膠帶，其規(guī)格為2cm*2cm。
[0074] 表1示出了上述磁控濺射氧化鋅層的摩擦發(fā)電機（第I類摩擦發(fā)電機）與現(xiàn)有摩 擦發(fā)電機（第II類摩擦發(fā)電機）的電壓輸出數(shù)據(jù)對比表，其中，由表1中的數(shù)據(jù)可以看出， 第I類摩擦發(fā)電機比第II類摩擦發(fā)電機的輸出電壓提高十倍左右，此外，在20N外力作用 下，上述磁控濺射氧化鋅層的摩擦發(fā)電機的輸出電流為3. 5yA，40N外力作用下，上述磁控 濺射氧化鋅層的摩擦發(fā)電機的輸出電流為4.5yA，也比現(xiàn)有摩擦發(fā)電機的電流有了顯著提 高。經(jīng)過上述實驗可說明，在PTFE表面磁控濺射ZnO能顯著提高摩擦發(fā)電機的輸出性能。
[0075]表1
[0076]

【權利要求】
1. 一種磁控濺射氧化物層的摩擦發(fā)電機，包括： 具有摩擦界面的摩擦發(fā)電結構；以及 至少一層氧化物層，所述氧化物層通過磁控濺射的方式設置在所述摩擦發(fā)電結構的摩 擦界面的至少一個摩擦表面上。
2. 根據(jù)權利要求1所述的磁控濺射氧化物層的摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述摩擦發(fā) 電結構包括：至少兩層電極層和至少一層高分子聚合物層； 所述氧化物層通過磁控濺射的方式設置在形成所述摩擦發(fā)電結構的摩擦界面的電極 層或高分子聚合物層的表面上； 所述至少兩層電極層為所述磁控濺射氧化物層的摩擦發(fā)電機的輸出電極。
3. 根據(jù)權利要求2所述的磁控濺射氧化物層的摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述摩擦發(fā) 電結構包括依次層疊設置的第一電極層、高分子聚合物層和第二電極層； 所述第二電極層和所述高分子聚合物層固定設置在一起，所述第一電極層和所述高分 子聚合物層正對貼合固定連接，所述氧化物層設置在所述第一電極層和所述高分子聚合物 層正對貼合的兩個表面中的任一個表面上； 或者，所述第一電極層和所述高分子聚合物層固定設置在一起，所述高分子聚合物層 和所述第二電極層正對貼合固定連接，所述氧化物層設置在所述高分子聚合物層和所述第 二電極層正對貼合的兩個表面中的任一表面上。
4. 根據(jù)權利要求2所述的磁控濺射氧化物層的摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述摩擦發(fā) 電結構包括依次層疊設置的第一電極層、第一高分子聚合物層、第二高分子聚合物層和第 二電極層；所述第一電極層和所述第一高分子聚合物層固定設置在一起，所述第二電極層 和所述第二高分子聚合物層固定設置在一起，所述第一高分子聚合物層和所述第二高分子 聚合物層正對貼合固定連接； 所述氧化物層設置在所述第一高分子聚合物層和所述第二高分子聚合物層正對貼合 的兩個表面中的任一表面上。
5. 根據(jù)權利要求2所述的磁控濺射氧化物層的摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述摩擦發(fā) 電結構包括依次層疊設置的第一電極層、第一高分子聚合物層、居間層、第二高分子聚合物 層和第二電極層；其中，所述居間層為居間薄膜層或居間電極層；所述第一電極層和所述 第一高分子聚合物層固定設置在一起，所述第二電極層和所述第二高分子聚合物層固定設 置在一起，所述第一高分子聚合物層和所述居間層正對貼合、所述居間層和所述第二高分 子聚合物層正對貼合固定連接； 所述氧化物層設置在所述第一高分子聚合物層和所述居間層正對貼合的兩個表面中 的任一表面上；和/或，所述氧化物層設置在所述居間層和所述第二高分子聚合物層正對 貼合的兩個表面中的任一表面上。
6. 根據(jù)權利要求2所述的磁控濺射氧化物層的摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述摩擦發(fā) 電結構包括依次層疊設置的第一電極層、第一高分子聚合物層、居間電極層、第二高分子聚 合物層和第二電極層；其中，所述第一高分子聚合物層、居間電極層、第二高分子聚合物層 固定設置在一起，所述第一電極層和所述第一高分子聚合物層正對貼合、所述第二電極層 與所述第二高分子聚合物層正對貼合固定連接； 所述氧化物層設置在所述第一電極層和所述第一高分子聚合物層正對貼合的兩個表 面中的任一表面上；和/或，所述氧化物層設置在所述第二電極層和所述第二高分子聚合 物層正對貼合的兩個表面中的任一表面上。
7. 根據(jù)權利要求2所述的磁控濺射氧化物層的摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述摩擦發(fā) 電結構包括依次層疊設置的第一電極層、第一高分子聚合物層、第二高分子聚合物層、居間 電極層、第三高分子聚合物層、第四高分子聚合物層和第二電極層；其中，所述第一電極層 和所述第一高分子聚合物層固定設置在一起，所述第二高分子聚合物層、居間電極層和所 述第三高分子聚合物層固定設置在一起，所述第二電極層和所述第四高分子聚合物層固定 設置在一起，所述第一高分子聚合物層和所述第二高分子聚合物層正對貼合、所述第四高 分子聚合物層和所述第三高分子聚合物層正對貼合固定連接； 所述氧化物層設置在所述第一高分子聚合物層和所述第二高分子聚合物層正對貼合 的兩個表面中的任一表面上；和/或，所述氧化物層設置在所述第四高分子聚合物層和所 述第三高分子聚合物層正對貼合的兩個表面中的任一表面上。
8. 根據(jù)權利要求1所述的磁控濺射氧化物層的摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述摩擦發(fā) 電結構包括：兩層電極層，所述兩層電極層之間形成所述摩擦界面； 所述氧化物層通過磁控濺射的方式設置在形成所述摩擦發(fā)電結構的摩擦界面的任一 電極層的表面上； 所述兩層電極層為所述磁控濺射氧化物層的摩擦發(fā)電機的輸出電極。
9. 根據(jù)權利要求1-8任一項所述的磁控濺射氧化物層的摩擦發(fā)電機，其特征在于，所 述氧化物層的厚度為20-400nm。
10. 根據(jù)權利要求9所述的磁控濺射氧化物層的摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述氧化物 層的厚度為95-105nm〇
11. 根據(jù)權利要求1-8任一項所述的磁控濺射氧化物層的摩擦發(fā)電機，其特征在于，所 述氧化物層為氧化鋅層。
12. 根據(jù)權利要求2所述的磁控濺射氧化物層的摩擦發(fā)電機，其特征在于，所述至少一 層高分子聚合物層的材料為聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜或聚四氟乙烯薄膜。
13. -種摩擦發(fā)電機組，其特征在于，由權利要求1-12任一項所述的磁控濺射氧化物 層的摩擦發(fā)電機并聯(lián)組成。
【文檔編號】H02N1/04GK204216796SQ201420596079
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年10月15日 優(yōu)先權日:2014年10月15日
【發(fā)明者】孫利佳, 林同福, 丁超, 趙豪, 徐傳毅 申請人:納米新能源（唐山）有限責任公司