[发明专利]具有润滑剂的摩擦纳米发电机

说明书

本发明提出了一种具有润滑剂的摩擦纳米发电机，包括两个互相滑动的摩擦部件，互相接触滑动的表面为具有不同表面电负性的材料，两个互相滑动的摩擦部件之间设置液体润滑剂，当两个互相滑动的摩擦部件之间滑动时，在表面摩擦起电效应和静电感应作用下，发电机对外产生电荷输出。本发明的技术方案能够降低材料的磨损，进而节约材料、延长更换周期、减少操作成本，最终降低发电成本。并且液体润滑剂作用下，减少空气中极性成分对电荷的传递；增加固体‑固体的有效接触面积，均有助于输出性能的提高。

技术领域

本发明涉及一种发电机，特别涉及一种将机械能转化为电能的具有润滑剂的摩擦纳米发电机。

背景技术

摩擦纳米发电机能够广泛收集周围环境中的机械能而用于收集能量和传感等多个领域。相比于传统的电磁式发电机，其具有发电效率高、质量轻、成本低等优点，自被提出后便引起了广泛的关注和研究。

滑动模式的摩擦纳米发电机具有更小的体积和更高的输出。

基于滑动式摩擦纳米发电机的典型结构，见图1a至图1c，包括第一摩擦层1、第一摩擦层下方接触放置的第一导电元件2、具有高电导率的第二摩擦层3（同时充当第二导电元件）。在施加一定压力使得所述第一摩擦层和第二摩擦层充分贴合，在两个摩擦层表面产生正负电荷，并且在所述施加外力的分力F作用下使得第一摩擦层1和第二摩擦层3发生滑动摩擦，随着接触面积的变化，在静电感应作用下，能够通过第一导电元件2和第二导电元件向外输出电信号。

随着压力的增加，第一摩擦层1和第二摩擦层3互相接触表面的磨损会变严重，输出性能下降。而当压力进一步升高时，会发生摩擦层的破裂，逐渐失去发电作用。

另外，由于第一摩擦层1和第二摩擦层3为不同的材料，随着滑动距离的增加，较软的摩擦层被不断剪切、形成小的磨屑，在较硬的摩擦层上形成转移膜，使得原有的第一摩擦层-第二摩擦层的有效接触减小，输出性能下降。

因此，目前因磨损而导致的低寿命是滑动模式摩擦纳米发电机的主要缺点。此外，在使用过程中，滑动模式摩擦纳米发电机的输出性能也会由于材料的磨损、氧化和老化等作用而大幅降低，使得发电的稳定性变差。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有润滑剂的摩擦纳米发电机，通过在滑动式摩擦纳米发电机的相互滑动摩擦层的界面引入液体润滑剂，达到提高摩擦纳米发电机的寿命和稳定性，同时可以提高输出性能。

为了实现上述目的，本发明提供一种具有润滑剂的摩擦纳米发电机，包括两个互相滑动的摩擦部件，互相接触滑动的表面为具有不同表面电负性的材料，两个互相滑动的摩擦部件之间设置液体润滑剂，当两个互相滑动的摩擦部件之间滑动时，在表面摩擦起电效应和静电感应作用下，发电机对外产生电荷输出。

优选的，所述液体润滑剂的相对介电常数≤2.2。

优选的，所述液体润滑剂在25 ^oC时的动力粘度≤0.2Pa·s。

优选的，所述液体润滑剂为液态烷烃或烷烃混合物、液态烯烃或烯烃混合物、低聚合度的聚烯烃等，如角鲨烷、液体石蜡或矿物油、变压器油、低粘度的聚α烯烃（PAOn，n≤10）中的一种或者几种。

优选的，所述两个互相滑动的摩擦部件中，一个摩擦部件包括第一摩擦层、所述第一摩擦层下方接触放置的第一导电元件，另一个摩擦部件包括具有高电导率的第二摩擦层，在所述第一摩擦层和第二摩擦层之间设置有所述液体润滑剂；

外力使得所述第一摩擦层和第二摩擦层充分贴合，并且施加外力使得所述第一摩擦层和第二摩擦层发生相对滑动摩擦，并且接触面积变化，能够通过所述第一导电元件和第二摩擦层向外输出电信号。

优选的，所述第一摩擦层为绝缘材料，优选为聚合物、聚合物基复合材料、氧化物陶瓷及其复合材料；

和/或，所述第二摩擦层为导电材料。