證摩擦單元的材料與定子的上表面材料存在得失電子能力差異，摩擦單元交替靠近第一電極單元和第二電極單元，就可以在兩個電極中形成交流電輸出?？梢詫⒌谝浑姌O單元和第二電極單元通過磁控濺射等方法制備在基底上形成電極層，互相分離的第一電極單元與第二電極單元形成固定的結(jié)構(gòu)。
[0062]為了提高摩擦納米發(fā)電組件的電信號，可以在摩擦單元101的表面設(shè)置微納結(jié)構(gòu)，還可以在定子的上表面(如隔離層)的表面也設(shè)置微納結(jié)構(gòu)。所述微納結(jié)構(gòu)可以為納米線、納米棒、納米管、納米顆粒、納米溝槽、微米溝槽、納米錐、微米錐、納米球和微米球狀結(jié)構(gòu)，以及上述結(jié)構(gòu)形成的陣列。優(yōu)選的，所述納米線、納米棒、納米管、納米溝槽、微米溝槽、納米錐、微米錐等結(jié)構(gòu)可以通過硅模板或刻蝕的方法制作。
[0063]下面以一個具體的發(fā)電機為例，說明本發(fā)明提供的發(fā)電機的工作過程。
[0064]切割一個直徑為140mm厚度為5mm的內(nèi)含6個對稱分布直徑為35mm圓孔的亞克力圓盤作為轉(zhuǎn)子框架，將磁鐵(圓形釹鐵硼磁鐵，直徑35_，厚度5_)按照N，S極交替方式填充固定其內(nèi)。將鍍有以旋轉(zhuǎn)軸為圓心向外輻射間隔排列12條金屬Al(以旋轉(zhuǎn)軸為圓心向外輻射間隔排列)的聚酰亞胺膜用雙面膠貼在磁體層圓盤下，作為摩擦層。
[0065]將厚度為100 μπι的聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂膜切割如圖4以旋轉(zhuǎn)軸為圓心向外輻射形狀，作為第一對電極單元及第二對電極單元的基底。然后用磁控濺射在其上沉積一層Al (厚度為10nm)。
[0066]切割一個140mmX 140mm見方的亞克力基板，將由上制作得到的第一電極單元與第二電極單元拼成一張完整鍍有金屬Al的聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂膜，將其Al電極層朝下貼在亞克力基板上，再將線圈部件出個直徑為35mm，匝數(shù)24的串聯(lián)的圓形平面線圈，均勻?qū)ΨQ排列)粘貼亞克力基板背面。
[0067]當該發(fā)電機工作時，轉(zhuǎn)子在聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂隔離層表面來回滑動，或者交替接觸和分離時，聚酰亞胺膜上的金屬Al和聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂隔離層相互接觸的表面帶上反號的電荷。聚酰亞胺膜上的金屬Al的靜電電荷將隨其滑動一起移動，并且在交替靠近兩個電極層時，反復(fù)改變兩個電極層間的感應(yīng)電勢差，從而吸引電極回路中所帶的異號電荷在兩個電極層之間移動，在外電路產(chǎn)生電流；磁電感應(yīng)發(fā)電組件產(chǎn)出感應(yīng)電流。
[0068]對上述制備的復(fù)合納米發(fā)電機的輸出性能進行測試。對于磁電感應(yīng)發(fā)電組件，使用Keithely生產(chǎn)的6514分別測量線圈部件兩個端口之間的電流和電壓輸出，隨著轉(zhuǎn)子相對于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速從200rpm增加至100rpm時，結(jié)果見圖6，其中輸出電壓從0.57伏增加至
2.79伏。輸出電流從63.3毫安增加至309.8毫安。圖7為磁電發(fā)電組件在100rpm下經(jīng)變壓后輸出的電壓和電流曲線，表明磁電感應(yīng)發(fā)動組件可產(chǎn)生毫安級的電流輸出，可以直接作為實用電源，直接對小型用電設(shè)備進行實時供電。
[0069]對于摩擦納米發(fā)電組件，使用Keithely生產(chǎn)的6514測量兩個電極之間的電壓輸出，使用Stanford Research System生產(chǎn)的SR570測量摩擦納米發(fā)電組件兩個電極間的電流輸出，隨著轉(zhuǎn)子相對于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速從200rpm增加至100rpm時，結(jié)果見圖8，輸出電壓從220伏增加至254伏，輸出電流從15.9毫安增加至78.6毫安。圖9為摩擦納米發(fā)電組件在100rpm下經(jīng)變壓后輸出的電源和電流曲線，表明摩擦納米發(fā)電組件可產(chǎn)生毫安級的電流輸出，可以直接作為實用電源，直接對小型用電設(shè)備進行實時供電。
[0070]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種旋轉(zhuǎn)式復(fù)合型納米發(fā)電機，其特征在于，包括: 摩擦納米發(fā)電組件，包括具有共同轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)子和定子，其中，所述轉(zhuǎn)子的下表面設(shè)置有摩擦層，所述摩擦層由若干摩擦單元以所述轉(zhuǎn)軸為圓心向外輻射排列而成；所述定子包括電極層，所述電極層為在同一平面內(nèi)間隔設(shè)置的若干第一電極單元和若干第二電極單元，并且所述第一電極單元和第二電極單元均以定子的轉(zhuǎn)軸為圓心向外輻射排列，所有第一電極單元串聯(lián)連接形成第一電極，所有第二電極單元串聯(lián)連接形成第二電極；所述摩擦單元與所述定子的上表面材料存在得失電子能力差異；在外力作用下，所述轉(zhuǎn)子與定子以轉(zhuǎn)軸為軸互相轉(zhuǎn)動，使摩擦層的摩擦單元與定子的上表面滑動摩擦，摩擦層表面所帶有的摩擦凈電荷隨其一起移動，使兩個所述電極間的感應(yīng)電勢差； 磁電感應(yīng)發(fā)電組件，包括:磁鐵部件和線圈部件，分別設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子和定子上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機，其特征在于，所述摩擦單元的材料為絕緣體，所述定子的上表面為所述電極層。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機，其特征在于，所述定子還包括隔離層，所述電極層設(shè)置在所述隔離層的下表面，所述隔離層的上表面為所述定子的上表面；所述隔離層為絕緣材料。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)電機，其特征在于，所述摩擦單元的材料為絕緣體、導(dǎo)體或者半導(dǎo)體材料。5.根據(jù)權(quán)利要求2-4任一項所述的發(fā)電機，其特征在于，所述絕緣體材料選自甲基硅氧烷、聚酰亞胺、聚乙烯、聚丙烯、聚異丁烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚氯醚、聚酯、聚氨酯、聚乙烯醇縮丁醛、聚丙烯腈、聚雙苯酚碳酸酯中的一種或幾種的疊加。6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的發(fā)電機，其特征在于，摩擦單元不能同時覆蓋相鄰的第一電極單元或第二電極單元。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)電機，其特征在于，所述摩擦層中相鄰兩個所述摩擦單元之間的距離相等。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)電機，其特征在于，所述電極層中，若干個所述第一電極單元和第二電極單元形成的第一電極和第二電極的尺寸和形狀相同或者互補。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)電機，其特征在于，所述第一電極單元和第二電極單元均為扇形或頂點被同心圓切割后形成的部分扇形結(jié)構(gòu)。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)電機，其特征在于，所述第一電極單元和第二電極單元各自的頂角相同。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)電機，其特征在于，所述摩擦單元為與第一電極單元頂角相同的扇形或頂點被同心圓切割后形成的部分扇形；所述摩擦單元、第一電極單元和第二電極單元的尺寸基本相同。12.根據(jù)權(quán)利要求8-10任一項所述的發(fā)電機，其特征在于，相鄰的第一電極單元和第二電極單元之間的分隔距離為10nm-lcm。13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)電機，其特征在于，所述扇形或者部分扇形的最小弧長和電極單元的厚度之比為0.01至1000。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機，其特征在于，所述線圈部件固定在所述定子下表面；所述磁鐵部件固定在所述轉(zhuǎn)子上表面。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機，其特征在于，所述線圈為為單相、同心式繞組平面環(huán)形線圈；所述磁鐵為釹鐵硼、鋁鎳鈷、釤鈷、鐵氧體。16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)電機，其特征在于，所述線圈的匝數(shù)大于100匝。17.根據(jù)權(quán)利要求1-4、7-11、13-16任一項所述的發(fā)電機，其特征在于，所述磁鐵部件包括m對磁體，m對磁體按照N，S極交替排列均勻分布在以所述轉(zhuǎn)軸為軸的同一圓周(m^l)上，所述線圈部件包括2m個線圈，2m個線圈均勻分布在以轉(zhuǎn)軸為軸的同一圓周上。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的發(fā)電機，其特征在于，2m個所述環(huán)形線圈串聯(lián)連接。19.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)電機，其特征在于，所述隔離層為薄層結(jié)構(gòu)，厚度為1nm至 Imnin20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機，其特征在于，所述摩擦單元和/或定子上表面的中，至少一個表面包括微納納結(jié)構(gòu)，所述微納結(jié)構(gòu)為納米線、納米棒、納米管、納米顆粒、納米溝槽、微米溝槽、納米錐、微米錐、納米球或微米球狀結(jié)構(gòu)，或者上述結(jié)構(gòu)形成的陣列。
【專利摘要】本發(fā)明提供的旋轉(zhuǎn)式復(fù)合型納米發(fā)電機，包括：摩擦納米發(fā)電組件和磁電感應(yīng)發(fā)電組件，其中，摩擦納米發(fā)電組件包括具有共同轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)子和定子，轉(zhuǎn)子的下表面設(shè)置有由若干摩擦單元以轉(zhuǎn)軸為圓心向外輻射排列而成的摩擦層，定子的電極層為在同一平面內(nèi)由轉(zhuǎn)軸向外輻射的若干第一電極單元和若干第二電極單元間隔設(shè)置形成的第一電極和第二電極；摩擦單元與定子的上表面材料存在得失電子能力差異；磁電感應(yīng)發(fā)電組件的磁鐵部件和線圈部件分別設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子和定子上。在外力作用下，使兩個電極間產(chǎn)生的感應(yīng)電勢差，同時，線圈部件中產(chǎn)生感生電流。本發(fā)明的發(fā)電機，可以獲得毫安級的電流輸出，可以直接對小型用電設(shè)備進行實時供電。
【IPC分類】H02K21/14, H02N1/04
【公開號】CN105680716
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】楊亞, 鐘賢岱, 王中林
【申請人】北京納米能源與系統(tǒng)研究所
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2014年11月21日