[发明专利]一种基于订书机模型的倍频式摩擦纳米发电机及发电方法

说明书

本发明公开了一种基于订书机模型的倍频式摩擦纳米发电机及发电方法，在订书机的下底座上附着有铜膜；在订书机的中间层设有聚四氟乙烯和黄铜；所述四氟乙烯薄膜作为摩擦电层；所述铜膜用于连接至外部负载的电极以及摩擦电层，通过弹簧将原有单个质量的金属铜分为两部分，实现共振耦合装置。本发明的基于订书机模型的倍频式摩擦纳米发电机利用订书过程中金属间摩擦起电效应，将形成与弹簧耦合结构有同等效能的机械放大装置；基于订书机的摩擦纳米发电机就具有放大振动频率和振幅的能力，也将有效地提升其低频性能，适合推广应用。

技术领域

本发明属于微电子机械技术领域，涉及一种基于订书机模型的倍频式摩擦纳米发电机及发电方法。

背景技术

在构建资源节约型、环境友好型社会的大背景下，对于新型能源的开发利用成为当下的重大课题。将太阳能等清洁能源的充分利用可以有效避免能源紧缺问题。日常生活中的摩擦效应会将机械能转换为电能，针对摩擦将机械能转换为电能这一特性，摩擦纳米发电机得以出现，摩擦纳米发电机具有应用广泛、适用性强等众多优点。

摩擦纳米发电机是一项颠覆性技术，并具有十分出色的输出性能和优点。摩擦纳米发电机与经典电磁发电机相比，其在低频区间具有同类技术无法比拟的高效能。其工作原理是：当两种不同材料相互作用产生接触时，它们的表面由会产生等量相反的正负静电荷；而当两种材料由于机械力的作用分离时，接触起电产生的正负电荷也发生分离，这种电荷分离会导致材料的上下电极上产生感应电压；当两个电极之间处于或者有负载接入时，这个感应电势差会使电子通过外电路在两个电极之间流动。摩擦纳米发电机的主要目标是收集小尺度的机械能。

最近又提出了一种带有机械放大器辅助的摩擦纳米发电机，是将原有单个质量的金属铜分为两部分，引入了弹簧实现共振耦合装置。弹簧耦合结构具有频率放大器和位移放大器的功能。在相同的环境振动频率下，带有弹簧耦合结构的摩擦纳米发电机产生电流的峰值更大，具有更高的输出频率。并且在低频区域，其输出功率远高于常规的单电极摩擦纳米发电机。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种基于订书机模型的倍频式摩擦纳米发电机及发电方法，具有了放大振动频率和振幅的能力，有效地提升了其低频性能，其与储能装置相结合后，可实现能量收集与储存一体化。

其具体技术方案为：

一种基于订书机模型的倍频式摩擦纳米发电机，在订书机的下底座上附着有铜膜；在订书机的中间层设有聚四氟乙烯和黄铜；所述聚四氟乙烯薄膜作为摩擦电层；所述铜膜作为另一个摩擦电层，并用于连接至外部负载的电极，利用订书过程实现摩擦起电效应以及放大振动频率和振幅的能力。

一种基于订书机模型的倍频式摩擦纳米发电机的发电方法，包括以下步骤：

在初始状态时，铜电极远离聚四氟乙烯薄膜；

当有机械运动使铜电极与聚四氟乙烯薄膜处于接触状态时，无电流流动和电位差；

表面电子亲和性不同，电子会从铜电极表面转移到聚四氟乙烯表面，在电极表面留下净正电荷，在聚四氟乙烯表面留下净负电荷；

当铜电极与聚四氟乙烯薄膜逐渐分离时，所产生的分离电荷将在开路条件下使铜电极相对于地面产生正电位，而在短路条件下，电子将从地面被驱动到铜电极上。在最大分离距离时，铜电极上的开环电位达到最大值。

当距离随着聚四氟乙烯薄膜向铜电极移动而减小时，电极上的正开路电位将减小，而电子将从铜电极流向底座。

有益效果：

本发明的基于订书机模型的倍频式摩擦纳米发电机利用订书过程中材料间摩擦起电效应，将形成与弹簧耦合结构有同等效能的机械放大装置；基于订书机的摩擦纳米发电机就具有放大振动频率和振幅的能力，也将有效地提升其低频性能，适合推广应用。

附图说明