[发明专利]一种基于独立旋转结构和非接触模式的纳米材料自发电装置

说明书

本发明公开了一种基于独立旋转结构和非接触模式的纳米材料自发电装置，属于新型能源领域。该发电装置包括两个电极层、一个独立旋转结构和电信号输出端。在外界机械能的作用下，已带有摩擦静电的独立旋转结构，将随其旋转交替地与两个电极层重合，进而交替地改变两个电极层间的感应电势差，驱动电子在电极层间连接的外电路来回流动，形成交流电。该装置最大的优点是，独立旋转结构不需要附着电极，不需要导线连接，而且采用非接触模式工作，因此可以在减少材料磨损的前提下，获得任何自由移动物体的机械能，这对收集各种交通工具产生的机械能具有重大指导意义。

技术领域

本发明属于新型能源领域，涉及一种基于独立旋转结构和非接触模式的纳米材料自发电装置。

背景技术

随着社会的发展和科学的进步，人们对于微电子和材料技术的需求越来越高，大量新型的高度集成化的微型电子器件不断问世，应用在日常生产生活的各个领域，为人们带来了极大的便利。相比于这些电子器件的发展，与之相匹配的供电系统的发展却相对滞后，不能满足人们多方面的要求。从历史的发展来看，电源、电池等供电装置体积较大，质量较重，而且有些电池还含有有毒物质，越来越不符合当今绿色环保无污染的生态理念。因此开发出一种不需要外接电源，能将自然存在的机械能转化为电能的自发电装置，具有极其重要的意义。

纳米能源是新兴能源，自2012年以来，摩擦纳米发电机不断发展，为机械能转变为电能提供了一个很有前景的方法。传统的摩擦纳米发电机多是通过两个附着电极的摩擦层相互接触运动工作的，且需要接线，这两个特点很大程度限制了摩擦纳米发电机的应用，使其无法收集任意运动形式的机械能。所以，如果可以设计一种无接线或无物理接触的装置来收集能量，必然具有重要的意义。

发明内容

本发明设计的一种基于独立旋转结构和非接触模式的纳米材料自发电装置，可弥补传统纳米发电机必须在运动物体上连接电极，不能收集环境中任意自由运动物体机械能的缺点。此发明所涉及的纳米发电装置尤其对于回收汽车轮胎旋转浪费的机械能具有很大的现实意义。任何可以产生摩擦静电的物体或者已带有摩擦静电的物体都可以来充当摩擦层材料。

为达到以上目的，本发明采取的技术设计方案包含以下步骤：

S1、此装置是旋转轮盘状结构，静止的轮盘状基底上分别镀两组电极，在另一个旋转的轮盘上做一层独立层；

S2、不需要在旋转的部位进行电极沉淀或连接导线；

S3、此装置以非接触模式工作，可以在接触带电后运行；

S4、本发明装置，包括电极层A、电极层B、独立旋转结构1、电信号输出端2。

S41、优选地，所述独立旋转结构1与电极层A尺寸和形状相同，与电极层B尺寸大致相同；

S42、优选地，所述独立旋转结构1是由一片约50μm厚的全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)薄膜制成，将其分割成4段并贴在亚克力基板上；

S43、优选地，所述电极层A、电极层B由两个分开的铝箔制成，厚度约50μm，各自分割成四部分，作为两个固定电极；

S44、所述独立旋转结构1的材料还可以由聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亚胺(Kapton)或聚二甲基硅氧烷(PDMS)等容易得到电子的材料制成；

S45、所述电极层A、电极层B还可以由钢、镍、聚酰胺6(PA6)、聚酰胺66(PA66)或聚甲醛(POM)等容易失去电子的材料制成；

S46、优选地，独立旋转结构1和A、B两个电极层采用对电子束缚能力不同的材料；

S5、为了满足增大输出的要求，还可以进一步对运动物体表面进行电感耦合等离子(ICP)刻蚀，使运动物体表面产生纳米棒状结构，可以达到更高的摩擦电荷密度。

此发明装置具有以下优点：