者通過與第一電極層201或第二電極層202摩擦后再分離所帶有的。
[0052]有益效果
[0053]本發(fā)明提供的非接觸式靜電感應納米發(fā)電機最突出的優(yōu)點是運動部件不需要連接電極和導線，這使得幾乎任何自由運動的物體都可以作為機械能輸入，來將其上的靜電從一個電極表面帶向另一個電極表面。這極大地提高了機械能收集的簡便性、通用性。
[0054]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【附圖說明】
[0055]通過附圖所示，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于顯示出本發(fā)明的主旨。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數的示范，但參數無需確切等于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似于相應的值。此外，以下實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明。
[0056]圖1是本發(fā)明非接觸式靜電感應納米發(fā)電機的一種典型結構示意圖；
[0057]圖2中的(a) - (d)是圖1所示納米發(fā)電機的工作原理示意圖；
[0058]圖3中的A和B是圖1所示納米發(fā)電機的第一部件的帶電表面與所靠近的電極層垂直間距H對電荷轉移產生影響的理論計算結果和實驗測試結果；
[0059]圖4中的(a) - (e)是本發(fā)明非接觸式靜電感應納米發(fā)電機的另一種工作模式示意圖；
[0060]圖5是在兩個電極層的間隙填有填充介質的結構示意圖；
[0061]圖6是發(fā)電機包括隔離層的結構示意圖；
[0062]圖7圖6所示納米發(fā)電機的工作過程中的電荷分布示意圖；
[0063]圖8和圖9是本發(fā)明非接觸式靜電感應納米發(fā)電機的另外兩種典型結構示意圖；
[0064]圖10中的(a)和(b)是本發(fā)明非接觸式靜電感應納米發(fā)電機組的典型結構示意圖；
[0065]圖11是本發(fā)明非接觸式靜電感應納米發(fā)電機組的另一種典型結構示意圖；
[0066]圖12中的(a) - (d)和圖13中的(a) - (d)是圖11所示納米發(fā)電機中不同第一部件間距的工作原理示意圖；
[0067]圖14是本發(fā)明非接觸式靜電感應納米發(fā)電機組的另一種典型結構示意圖；
[0068]圖15是本發(fā)明的非接觸式靜電感應納米發(fā)電機組，每個發(fā)電機單獨輸出電信號的不意圖；
[0069]圖16是本發(fā)明的非接觸式靜電感應納米發(fā)電機連續(xù)工作約20000個周期輸出(單次運動轉移電荷量)的電信號譜圖。
【具體實施方式】
[0070]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0071]其次，本發(fā)明結合示意圖進行詳細描述，在詳述本發(fā)明實施例時，為便于說明，所述示意圖只是示例，其在此不應限制本發(fā)明保護的范圍。
[0072]第一種典型實施方式
[0073]圖1為本發(fā)明非接觸式靜電感應納米發(fā)電機的一種典型結構，包括第一部件10、第二部件20和電信號輸出端30，其中，所述第一部件10至少一個表面帶電，第二部件20由一個第一電極層201和與之配合的一個第二電極層202組成，第一電極層201和第二電極層202分隔設置并且分別與電信號輸出端30的兩端電連接，第一部件10的帶電表面交替靠近第一電極層201和第二電極層202,使第一電極層201和第二電極層202通過電信號輸出端30向外輸出電信號。
[0074]該發(fā)電機在工作時，第一部件10的帶電表面交替靠近兩個電極層的上表面，并通過靜電感應作用，使兩個電極層的表面帶上電性相反的電荷。當第一部件10從一個電極層離開向另一個電極層靠近時，它表面所帶的電荷將隨著第一部件10 —起移動，從而吸引電極層上的異號電荷通過外接回路在兩個電極層之間發(fā)生轉移，導致在外電路產生電流(參見圖2中的(a)- (d)所示)。
[0075]第一部件10靠近第二部件20時，其帶電表面與所靠近的電極層表面之間的垂直間距H應遠小于第一部件10從一個電極層移向另一個電極層的距離。在這樣的條件下，帶電第一部件10的移動就更能夠吸引電極層回路內的反號電荷發(fā)生相應轉移，從而在外電路產生電流。本發(fā)明中該間距H小于5cm,優(yōu)選小于Icm,更優(yōu)選小于5mm,尤其是小于2mm。圖3中的A和B是該垂直間距H對電荷轉移產生影響的理論計算結果和實驗測試結果。可以看到，當該垂直間距H達到Icm時，依然能夠驅動相當一部分的電荷轉移。
[0076]為了使該發(fā)電機能夠在此非接觸模式下長期穩(wěn)定工作，而不需要摩擦補充靜電荷，移動的第一部件10需要具有很好的靜電荷保持能力，因此可以從絕緣體材料和半導體材料中選擇，優(yōu)選能夠“準永久”地保持靜電荷的駐極體材料，例如聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、石英、全氟環(huán)狀聚合物等。這樣，一旦該部件通過摩擦作用或其他方式帶上了靜電，就能保持很久。其中，絕緣體可選自一些常用的有機聚合物材料和天然材料，包括:聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、苯胺甲醛樹脂、聚甲醛、乙基纖維素、聚酰胺、三聚氰胺甲醛、聚乙二醇丁二酸酯、纖維素、纖維素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯、再生纖維素海綿、聚氨酯彈性體、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、聚酰胺尼龍11、聚酰胺尼龍66、羊毛及其織物、蠶絲及其織物、紙、人造纖維、棉及其織物、木頭、硬橡膠、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚異丁烯、聚氨酯彈性體、聚氨酯柔性海綿、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇縮丁醛、酚醛樹脂、氯丁橡膠、丁二烯丙烯共聚物、天然橡膠、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-Co-丙烯腈)、聚乙烯丙二酚碳酸鹽，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、醋酸酯、聚雙苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚三氟氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和派瑞林，包括派瑞林C、派瑞林N、派瑞林D、派瑞林HT或派瑞林AF4。
[0077]常用的半導體包括硅、鍺；第111和第V族化合物，例如砷化鎵、磷化鎵等；第11和第VI族化合物，例如硫化鎘、硫化鋅等；以及由II1- V族化合物和I1-VI族化合物組成的固溶體，例如鎵鋁砷、鎵砷磷等。除上述晶態(tài)半導體外，還有非晶態(tài)的玻璃半導體、有機半導體等。非導電性氧化物、半導體氧化物和復雜氧化物也可以用來作為本發(fā)明第一部件10的帶電表面，例如錳、鉻、鐵、銅的氧化物，還包括氧化硅、氧化錳、氧化鉻、氧化鐵、氧化銅、氧化鋅、B12 和 Y203。
[0078]與現有技術中的摩擦發(fā)電機不同，由于第一部件10的背面無需沉積金屬電極，因此對其厚度沒有特殊要求，可以是體材料也可以是薄膜材料，這使本發(fā)明發(fā)電機的應用范圍得到了極大拓展。而其表面所帶的電荷，可以通過與發(fā)電機以外的其他物體摩擦獲得，也可以通過在工作前與發(fā)電機本身的第二部件20摩擦獲得，還可以通過充電等其他方式獲得，電荷的獲得途徑對于本發(fā)明的發(fā)電過程沒有影響，也不構成對本發(fā)明發(fā)電機的限制。
[0079]圖4中的(a) - (e)示出的是第一部件10通過與第二部件20摩擦獲得表面電荷后再通過靜電感應進行發(fā)電的原理示意圖:當由絕緣材料或半導體材料制成的第一部件10與第一電極層201接觸后，由于兩種材料摩擦電性質的不同，而導致第一部件10的下表面帶負電荷，而第一電極層201的上表面帶有正電荷,此后第一部件10與第一電極層201分離，有部分電子從第二電極層202通過電信號輸出端30上連接的電阻轉移至第一電極層201上，使得第一電極層201和第二電極層202之間的電勢差為零；當第一部件10離開第一電極層201向第二電極層202靠近時，其上保有的電荷將驅動第二電極層202上的電子通過外電路向第一電極層201流動,從而形成電信號的輸出。此后，在第一部件10交替靠近第一電極層201和第二電極層202的過程中，通過第一部件10上持有電荷的靜電感應作用，將會形成方向呈周期性變化的交流電信號輸出。
[0080]當第一部件10的表面電荷是通過摩擦的方式獲得，特別是通過與第二部件20進行摩擦獲得時，還可以對第一部件10需要帶電的表面和/或第二部件20用于與第一部件10發(fā)生接觸摩擦的表面進行物理或化學改性，使其表面分布有微米或次微米量級的微結構，以增加第一部件10持有表面電荷的密度。具體的改性方法包括光刻蝕、化學刻蝕和離子體刻蝕等，還可以通過納米材料的點綴或涂層的方式來實現該目的。
[0081]對第一部件10的形狀和尺寸沒有特殊要求。雖然圖1中示出的第一部件10為平板狀，但是曲面物體也可以起到同樣的效果。為了提高電信號輸出性能，優(yōu)選第一部件10帶電表面的形狀和尺寸與所靠近的第一電極層201和/或第二電極層202表面的形狀和尺寸相匹配，更優(yōu)選相同，以使得第一部件10與第一電極層201和/或第二電極層202靠近時，電荷感應的面積最大。
[0082]本實施方