本發(fā)明涉及智能球技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種薄膜摩擦發(fā)電智能球。

背景技術(shù)：

球體，例如足球、籃球、橄欖球等，其作為運動載體的同時被不斷地通過拍打、撞擊等方式實現(xiàn)運動輔助功能。然而，現(xiàn)有的球體其功能定位僅限于運動輔助，而球體本身由于被外部勢能的作用而產(chǎn)生的形變和震動的本身能量，卻沒有被很好的利用?，F(xiàn)有技術(shù)中有通過在球體內(nèi)部設(shè)置感應(yīng)線圈和永磁體，通過永磁體在運動過程中的運動切割感應(yīng)線圈，來實現(xiàn)電磁感應(yīng)發(fā)電。電磁感應(yīng)發(fā)電其涉及到在球體內(nèi)部部署永磁體及感應(yīng)線圈，其大大增加整個球體的重量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為此，需要提供一種薄膜摩擦發(fā)電智能球，通過一種全新的方式來獲得高效球內(nèi)發(fā)電的同時并不過多增加球體的重量，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對球體運動過程中對于球體形變及運動勢能的高效捕捉，并最大程度地轉(zhuǎn)換為電能進行存儲。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種薄膜摩擦發(fā)電智能球，包括球體，所述球體內(nèi)設(shè)有N對發(fā)電薄膜層，每對發(fā)電薄膜層包括第一電極薄膜層和第二電極薄膜層，所述第一電極薄膜層和第二電極薄膜層相對設(shè)置，所述第一電極薄膜層和第二電極薄膜層的相對面分別設(shè)置有第一摩擦增益層和第二摩擦增益層，所述第一電極薄膜層和第二電極薄膜層的背離面分別鍍設(shè)有第一電極層和第二電極層，所述第一摩擦增益層和第二摩擦增益層相對且相互之間的垂直距離d滿足以下條件： 0≤d≤1cm，所述球體內(nèi)壁還設(shè)有電路組件，所述發(fā)電薄膜層通過導線與電路組件電性連接。

進一步的，所述第一電極薄膜層和第二電極薄膜層選自聚四氟乙烯（PTFE）、聚酯纖維、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）材料經(jīng)氧氣以及四氟化碳混合氣體所產(chǎn)生的等離子體進行表面改性后的材質(zhì)中的一種，但所述第一電極薄膜層和第二電極薄膜層材質(zhì)不同。若所述第一電極薄膜層和第二電極薄膜層選擇相同的材質(zhì)制作，則當摩擦發(fā)生時，兩第一電極薄膜層和第二電極薄膜層之間產(chǎn)生電荷分離并形成電勢差過小，經(jīng)由外部電路組件形成的電流過小。

優(yōu)選的，第一電極薄膜層選用聚酯纖維材質(zhì)制作而成，所述第二電極薄膜層采用聚二甲基硅氧烷材質(zhì)制作而成。

進一步的，所述第一電極層采用金屬導電材料通過真空濺射法或化學氣相沉積工藝，在第一電極薄膜層一側(cè)表面制作出完整的金屬電極。

進一步的，所述第二電極層采用金屬導電材料通過真空濺射法或化學氣相沉積工藝，在第二電極薄膜層一側(cè)表面制作出完整的金屬電極。

優(yōu)選的，所述金屬電極為圓形或非圓形金屬電極。

優(yōu)選的，所述金屬導電材料選自金、銀、銅、鋁、鈦、鎢、烙及其合金中的一種，金屬電極厚度優(yōu)選為100nm-4000nm。

進一步的，所述摩擦增益層105包括設(shè)置在第一電極薄膜層另一側(cè)表面的第一微粒狀凸起層，以及覆蓋在第一微粒狀凸起層上且與第一電極薄膜層緊密貼合的第一納米金屬層。

進一步的，所述摩擦增益層106包括設(shè)置在第二電極薄膜層另一側(cè)表面的第二微粒狀凸起層，以及覆蓋在第二微粒狀凸起層上且與第二電極薄膜層緊密貼合的第二納米金屬層。

優(yōu)選的，所述第一微粒狀凸起層和第二微粒狀凸起層均采用納米級SiO 2和納米級Al2O3材料混合制作而成。

優(yōu)選的，所述第一納米金屬層和第二納米金屬層利用濺射或蒸發(fā)工藝制作而成。

區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)，上述技術(shù)方案具有的有益效果如下：通過在球體內(nèi)設(shè)置N對發(fā)電薄膜層，每對N對發(fā)電薄膜層構(gòu)成摩擦發(fā)電裝置，借助一種分離技術(shù)，當摩擦發(fā)生時，兩層電極薄膜層之間產(chǎn)生電荷分離并形成電勢差，經(jīng)由外部電路即可形成電流。在摩擦中，第一電極薄膜層產(chǎn)生電子，第二電極薄膜層則負責接收電子，從將產(chǎn)生的電流和電壓通過導線輸出到電路組件中，并通過整流濾波過程為摩擦發(fā)電智能球的電路組件的其他電子器件供電。

2、每對發(fā)電薄膜層的相對側(cè)面均設(shè)有摩擦增益層，該摩擦增益層結(jié)構(gòu)采用微粒狀凸起層和納米金屬層結(jié)構(gòu)，當兩個發(fā)電薄膜層發(fā)生摩擦時，該微粒狀凸起層能夠在豎直方向上增加摩擦，而納米金屬層能夠在水平方向上增加摩擦，從而從兩個維度極大地增加了摩擦表面的摩擦力度，進一步提高輸出電壓電流。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1的剖視圖。

圖2為本發(fā)明實施例1的發(fā)電薄膜層結(jié)構(gòu)剖視圖（局部省略）。

圖3為本發(fā)明實施例1的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明實施例2的剖視圖。

附圖標記說明：

1、球體，10、發(fā)電薄膜層，101、電極薄膜層，102、電極薄膜層，103、電極層，104、電極層，105、摩擦增益層，106、摩擦增益層，107、微粒狀凸起，108、納米金屬層，20、電路組件，201、整流電路，202、電源控制電路，203、蓄電池，204、其他電路， 30、導線。

具體實施方式

為詳細說明技術(shù)方案的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合具體實施例并配合附圖詳予說明。

實施例1：

請參閱圖1至圖3，本實施例1的一種薄膜摩擦發(fā)電智能球，包括球體1，所述球體內(nèi)設(shè)有一對發(fā)電薄膜層10，該對發(fā)電薄膜層10包括電極薄膜層101和電極薄膜層102，所述電極薄膜層101和電極薄膜層102相對設(shè)置，所述電極薄膜層101和電極薄膜層102的背離面分別鍍設(shè)有電極層103、104，所述電極薄膜層101和電極薄膜層102的相對面分別設(shè)有摩擦增益層105、106，所述摩擦增益層105和摩擦增益層106相對且相互之間的垂直距離d滿足以下條件： 0≤d≤1cm，所述球體內(nèi)壁還設(shè)有電路組件20，所述發(fā)電薄膜層10通過導線與電路組件20電性連接。

所述電極層103和電極層104作為電壓和電流輸出電極，并通過導線與電路組件電性連接，從而將發(fā)電薄膜層摩擦產(chǎn)生的電壓和電流輸出至電路組件進行存儲。每對發(fā)電薄膜層之間距離設(shè)置符合以下條件：當球受碰撞或在滾動過程中使發(fā)電薄膜層產(chǎn)生形變并發(fā)生摩擦，當球體恢復(fù)形變后，該對發(fā)電薄膜層能夠分離。

本實施例中，所述電極薄膜層101采用聚四氟乙烯（PTFE）材質(zhì)制作而成，所述電極薄膜層102采用聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）材料經(jīng)氧氣以及四氟化碳混合氣體所產(chǎn)生的等離子體進行表面改性后的材質(zhì)制作而成，

聚四氟乙烯（PTFE或Teflon），俗稱“塑料王”，是一種柔性高分子材料，具有優(yōu)良的綜合性能，如表1所示。PTFE的優(yōu)良性能使其在化工、機械、電子、電器、軍工、航天、環(huán)保和橋梁行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用。PTFE的可加工性較強，可以通過多種改性方法獲得所需的PTFE材料，如表面改性、填充改性、共混改性等。PTFE薄膜是一種工程塑料，一半應(yīng)用于性能要求較高的耐腐蝕的管道、容器、泵、閥以及制雷達、高頻通訊器材、無線電器材等。其具有以下特性：

耐高溫：使用工作溫度達250℃，耐低溫：具有良好的機械韌性，即使溫度下降到-196℃，也可保持5%的伸長率，無毒害：具有生理惰性，作為人工血管和臟器長期植入體內(nèi)無不良反應(yīng)，力學性能，不粘附：光滑異常，連冰都比不過它，是固體材料中最小的表面張力，不粘附任何物質(zhì)。它的摩擦系數(shù)極小，僅為聚乙烯的1/5，這是全氟碳表面的重要特征。又由于氟-碳鏈分子間作用力極低，所以聚四氟乙烯具有不粘性，絕緣性能優(yōu)異：報紙厚的一層薄膜，便足以抵擋1500V的高壓電。耐化學腐蝕和耐候性：除熔融的堿金屬外，聚四氟乙烯幾乎不受任何化學試劑腐蝕。例如在濃硫酸、硝酸、鹽酸，甚至在王水中煮沸，其重量及性能均無變化，也幾乎不溶于所有的溶劑，只在300℃以上稍溶于全烷烴（約0.1g/100g），優(yōu)異的耐候性：不吸潮，不燃，對氧、紫外線均極穩(wěn)定，有塑料中最佳的老化壽命。電性能：聚四氟乙烯在較寬頻率范圍內(nèi)的介電常數(shù)和介電損耗都很低，而且擊穿電壓、體積電阻率和耐電弧性都較高。耐輻射性能：聚四氟乙烯的耐輻射性能較差（104拉德），受高能輻射后引起降解，高分子的電性能和力學性能均明顯下降。

另一實施例中，電極薄膜層101選用聚酯纖維材質(zhì)制作而成，所述電極薄膜層102采用聚二甲基硅氧烷材質(zhì)制作而成。所述電極薄膜層101和電極薄膜層102的厚度為500-5000μm。

本實施例，所述電極層103采用金屬導電材料通過真空濺射法或化學氣相沉積工藝，在電極薄膜層101一側(cè)表面制作出完整的金屬電極。所述電極層104采用金屬導電材料通過真空濺射法或化學氣相沉積工藝，在電極薄膜層102一側(cè)表面制作出完整的金屬電極。所述金屬電極為圓形或非圓形金屬電極。所述金屬導電材料選自金、銀、銅、鋁、鈦、鎢、烙及其合金中的一種，金屬電極厚度優(yōu)選為100nm-4000nm。

電極層103和電極層104通過導線30與電路組件20電性連接構(gòu)成閉合回路，電路組件20包括依次電性連接的整流電路201、電源控制電路202、蓄電池203及其他電路204，所述整流電路201為橋式整流電路將發(fā)電產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)為直流電，電源控制電路202為升降壓控制并對電池充電，其中升降壓控制為電池充電提供穩(wěn)定的輸入電壓，包含基於PWM控制的升降壓芯片(buck-boost voltage regulator)，還有對蓄電池203進行充電管理的充電芯片，其他電路204為智能球相關(guān)的其他智能電路。

具體參考圖2所示，本實施例，所述摩擦增益層105包括設(shè)置在電極薄膜層101一側(cè)表面的微粒狀凸起層107，以及覆蓋在第一微粒狀凸起層107上且與電極薄膜層101緊密貼合的納米金屬層108。

本實施例中，所述摩擦增益層106也包括設(shè)置在電極薄膜層102另一側(cè)表面的微粒狀凸起層109，以及覆蓋在第二微粒狀凸起層上且與電極薄膜層102緊密貼合的納米金屬層110。

本實施例，所述微粒狀凸起層107和微粒狀凸起層109均采用納米級SiO 2和納米級Al2O3材料混合制作而成。其制作工藝如下：在電極薄膜層101、102分別上采用粘合劑涂覆一層螺旋狀形態(tài)納米級SiO 2和納米級Al2O3材料混合材料，該粘合劑采用溶膠SiO 2粘合劑。干燥后，利用濺射或蒸發(fā)工藝，將納米級金屬材料涂覆至所有納米級SiO 2和納米級Al2O3材料混合材料上以及電極薄膜層101、102其他沒有涂覆上混合材料的部分。

本實施例中，所述納米金屬層108和納米金屬層110利用濺射或蒸發(fā)工藝制作而成。

本發(fā)明的工作原理如下：

發(fā)電薄膜層10由兩種不同材質(zhì)制作的電極薄膜層101和電極薄膜層102組成，在本實施例中，電極薄膜層101和電極薄膜層102之間的距離d為4㎜，如圖4所示，當球體1收到外力碰撞發(fā)生形變時，電極薄膜層101和電極薄膜層102中部會貼合在一起，而碰撞的力度越大，則其貼合的力度也越大，撞擊后由于薄膜本身的彈性形變會又分開，則在撞擊和分開的過程中，兩片電極薄膜層101和電極薄膜層102由于不斷摩擦產(chǎn)生了電勢變化，生成等量但電性相反的移動電荷。而電極層103和電極層104作為整個發(fā)電薄膜的正負電極與外部的電路組件電路連接，從而所述電極層103和電極層104作為電壓和電流輸出電極，并通過導線與電路組件電性連接，從而將發(fā)電薄膜層摩擦產(chǎn)生的電壓和電流輸出至電路組件進行存儲。

在電極薄膜層101、102上設(shè)置摩擦增益層105、106，則可以增大接觸區(qū)域面積，在摩擦增益層105、106的摩擦力作用下使得電極薄膜層101、102發(fā)生豎直和水平方向上的相對滑動，具體地，而微粒狀凸起107、109增加豎直方向上的摩擦接觸，而納米金屬層108、110則增加了水平方向上的摩擦滑動，且納米金屬層108、110的設(shè)置，能夠增加電荷的產(chǎn)生，從而使得兩個電極薄膜層101和電極薄膜層102之間的內(nèi)電勢大大增強。從而使得電極層103和電極層104產(chǎn)生更多的自由電荷，并在外電路導通情況下發(fā)生中和，形成外電流進入電路組件負載，對電流進行存儲，并為球體1其他部件提供工作電壓。

區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)，上述技術(shù)方案具有的有益效果如下：通過在球體內(nèi)設(shè)置一對發(fā)電薄膜層，每對發(fā)電薄膜層構(gòu)成摩擦發(fā)電裝置，借助一種分離技術(shù)，當摩擦發(fā)生時，兩層電極薄膜層之間產(chǎn)生電荷分離并形成電勢差，經(jīng)由外部電路即可形成電流。在摩擦中，電極薄膜層101產(chǎn)生電子，電極薄膜層102則負責接收電子，從將產(chǎn)生的電流和電壓通過導線輸出到電路組件中，并通過整流濾波過程為摩擦發(fā)電智能球的電路組件的其他電子器件供電。

2、每對發(fā)電薄膜層的相對側(cè)面均設(shè)有摩擦增益層，該摩擦增益層結(jié)構(gòu)采用微粒狀凸起層和納米金屬層結(jié)構(gòu)，當兩個發(fā)電薄膜層發(fā)生摩擦時，該微粒狀凸起層能夠在豎直方向上增加摩擦，而納米金屬層能夠在水平方向上增加摩擦，從而從兩個維度極大地增加了摩擦表面的摩擦力度，進一步提高輸出電壓電流。

實施例2

請參閱圖4，本實施例2的一種薄膜摩擦發(fā)電智能球1，其發(fā)電薄膜層10具有3對，每對發(fā)電薄膜層10都通過導線30與電路組件20電性連接。多對發(fā)電薄膜層10也增加了感應(yīng)電流，從而為電路組件20提供更多工作電壓和電流。

也就是說，在本發(fā)明中，該發(fā)電薄膜層10的對數(shù)不限，可以為N對，該N≥1，為正整數(shù)。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者終端設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者終端設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者終端設(shè)備中還存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超過”等理解為不包括本數(shù)；“以上”、“以下”、“以內(nèi)”等理解為包括本數(shù)。

盡管已經(jīng)對上述各實施例進行了描述，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例做出另外的變更和修改，所以以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利保護范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍之內(nèi)。