[发明专利]一种联动式摩擦纳米发电器件及其应用

说明书

本发明公开了一种联动式摩擦纳米发电器件及其应用，包括相对设置的上导电部、下导电部，还包括与下导电部柔性连接的跷跷板结构，上导电部、下导电部均具有摩擦面；在外力作用下，上导电部向下运动，所述跷跷板结构带动下导电部上升，摩擦面接触分离以产生电信号，并通过上导电部和下导电部向外输出电信号。本发明能在不改变材料以及材料的摩擦层的面积的情况下，与普通摩擦纳米发电机相比，可以提高电流信号，能够大幅度提高输出功率，减小输入的机械能；本发明可以应用于对人体运动过程中产生的振动能的高效吸收，实现较高性能的输出。

技术领域

本发明涉及一种纳米发电机及其应用，特别是涉及一种联动式摩擦纳米发电器件及其应用。

背景技术

随着人工智能和计算机技术的不断发展，大量新型具有多种功能和高度集成化的微型电子器件被不断地开发出来，在人们的日常生活以及科学研究等各个领域中扮演着越来越重要的角色，同时也体现了前所未有的应用前景。但是随着各种电子设备的不断发展，给其供电的电源系统却始终保持着一个较低的技术水平，现在给微型电子器件供电的最普遍的方式主要是直接或间接来源于电池。电池不仅体积较大、质量较重，而且电池里面的化学物质对人体和环境存在一定的危害。

振动能是一种丰富、近乎无尽且广泛分布的清洁能源，从古至今一直广受人们的重视。通过高效地利用振动能转换为电能储存在储能设备中来解决目前在全世界范围内的能源紧缺问题，这已经是成为了全世界人类的一个共识。

发明内容

发明目的：本发明的一个目的是提供一种能够将振动能、运动能转化为电能储存起来并方便携带使用的联动式摩擦纳米发电器件；本发明的另一个目的是提供所述联动式摩擦纳米发电器件的在人体可穿戴设备中的应用。

技术方案：本发明提供的联动式摩擦纳米发电器件，包括相对设置的上导电部、下导电部；所述发电器件还包括与下导电部柔性连接的跷跷板结构，所述上导电部、下导电部均具有摩擦面；在外力作用下，上导电部向下运动，所述跷跷板结构带动下导电部上升，摩擦面接触分离以产生电信号，并通过上导电部和下导电部向外输出电信号。其中，上导电部包括至少两个导电元件，导电元件的材料表面吸引电子能力不同。

进一步地，所述上导电部包括第一导电元件、与第一导电元件相连的第二导电元件，下导电部包括第三导电元件；所述第一导电元件的下表面为第一摩擦面，第二导电元件的上表面、下表面分别为第二摩擦面、第三摩擦面，第三导电元件的上表面为第四摩擦面。其中，第一导电元件和第二导电元件可以使用绝缘双面胶粘接，如Kapton绝缘不导电双面胶。

优选地，所述第一摩擦面的材料和第二摩擦面的材料具有摩擦电极序差异，所述第三摩擦面的材料和第四摩擦面的材料具有摩擦电极序差异。

进一步地，所述跷跷板结构包括固定设置的转轴、与转轴铰接的跷跷板，跷跷板跷跷板的一端与下导电部柔性连接。

优选地，所述跷跷板结构相对于下导电部对称设置。对称设置可以使得下导电部平稳升降。

进一步地，所述发电器件还包括基座，上导电部包括固定导电元件的上基板，基座上设支撑上基板的支撑部。所述支撑部为弹性部件。弹性部件的设置配合了上基板，在外力作用下，上基板上下运动，弹性部件进而伸缩；当撤去外力后，弹性部件恢复至原来的位置。弹性部件可以是弹簧，也可以是其他弹性的零部件。

进一步地，所述下导电部的摩擦面上设有银纳米颗粒。银纳米颗粒以蒸镀形式被设置在摩擦面上，银纳米颗粒所能够起到的作用是提高输出性能，进而提高发电器件的灵敏度。其中，银纳米球的制备为现有技术，可以采用简单的乙二醇湿法化学还原法，该方法操作简繁、制备得到的银纳米球尺寸分布较为均匀。具体方法为：1gPVP溶解在20ml乙二醇中。60℃搅拌。待等到PVP充分溶解后，加入80mg硝酸银，60℃搅拌至硝酸银全部溶解。此后，120℃恒温搅拌1h，溶液由无色变为橘黄色。反应结束冷却至室温后，将反应液和乙醇、丙酮1∶4混合，在8000rmp下离心15min。如此反复3至4次，所得沉淀分散在无水乙醇中待用。