[发明专利]一种液滴摩擦纳米发电机及其监测仪与监测方法

说明书

本发明公开了一种液滴摩擦纳米发电机及其监测仪与监测方法。液滴摩擦纳米发电机包括电极阵列层和绝缘聚合物层。电极阵列层包括电极阵列。所述电极阵列中的每个电极都为独立电极单独输出至一个外电路，且等距排列。绝缘聚合物层贴合且覆盖在所述电极阵列的其中一侧上，绝缘聚合物层供液滴在绝缘聚合物层上滑动摩擦，由此相应电极感应液滴与绝缘聚合物层界面区的电荷转移量，从而获得液滴在疏水界面滑动过程中的高分辨电荷分布。

技术领域

本发明涉及一种摩擦纳米发电机，特别是涉及一种液滴摩擦纳米发电机，采用所述液滴摩擦纳米发电机在液滴的运动过程中的电荷转移实时监测仪，采用所述电荷转移实时监测仪的长距离下液滴在疏水界面滑动过程中的高分辨电荷分布监测方法。

背景技术

近年来，多项研究致力于利用液固界面间的接触起电，从液滴的运动中来获取能量，即液滴-摩擦纳米发电机(Droplet-TENG)。目前大多数研究集中在单电极液滴Droplet-TENG,或者将多电极串联或者并联以提高摩擦纳米发电机的性能，然而这些类型的摩擦纳米发电机对于提供液固界面间电荷转移信息非常有限。比如，仅使用一个电极的Droplet-TENG只能告诉我们液滴沿整个滑动路径的总电荷转移，而无法在微观水平上持续监测电荷转移量。而具有两个平行电极的Droplet-TENG可以在一定程度上区分Y轴方向的电荷转移，而X轴方向的电荷转移分析仍然无法实现。因此，目前存在的单电极和双电极Droplet-TENG都不能在X轴和Y轴上实现液滴运动轨迹上的微观高分辨电荷分布。

发明内容

为了解决目前存在的单电极和双电极Droplet-TENG都不能在X轴和Y轴上实现液滴运动轨迹上的微观高分辨电荷分布的技术问题，本发明提供一种液滴摩擦纳米发电机，采用所述液滴摩擦纳米发电机在整个液滴的运动过程中的电荷转移实时监测仪，采用所述电荷转移实时监测仪的长程距离下液滴在整个疏水界面滑动过程中的高分辨电荷分布监测方法。通过本发明的液滴摩擦纳米发电机能感应液滴与绝缘聚合物层界面区的电荷转移量，从而获得液滴在整个疏水界面滑动过程中的高分辨电荷分布。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：一种液滴摩擦纳米发电机，其包括电极阵列层和绝缘聚合物层。电极阵列层包括电极阵列。所述电极阵列中的每个电极都为独立电极单独输出至一个外电路，且等距排列。绝缘聚合物层贴合且覆盖在所述电极阵列的其中一侧上，绝缘聚合物层供液滴在绝缘聚合物层上滑动摩擦，由此相应电极感应液滴与绝缘聚合物层界面区的电荷转移量。

作为上述方案的进一步改进，电极阵列层还包括：绝缘聚合物基板，电极阵列镶嵌在绝缘聚合物基板中且两侧裸露在绝缘聚合物基板的相对两侧上；绝缘聚合物层贴合在绝缘聚合物基板镶嵌有所述电极阵列的其中一侧上且覆盖所述电极阵列。

作为上述方案的进一步改进，绝缘聚合物层的聚合物材料为薄膜材料，固体材料或经过化学修饰和细胞附着的化学生物材料。

进一步地，绝缘聚合物层的聚合物材料为聚甲基丙烯酸甲酯，或尼龙，或氯乙烯，或聚二甲基硅氧烷，或聚四氟乙烯等聚合物材料，或半导体材料。

进一步地，绝缘聚合物层的厚度为1μm-100μm。

进一步地，绝缘聚合物基板的厚度范围为1-10mm。

作为上述方案的进一步改进，电极采用一种导电的材料。

进一步地，电极采用导电高分子、不锈刚。

再进一步地，电极采用金、银、钼、铝、镍、铜、钛、烙、硒及其合金中的一种。

作为上述方案的进一步改进，电极的形状为正方形或者圆形。

作为上述方案的进一步改进，电极的直径范围为0.1-10mm。

作为上述方案的进一步改进，所述电极阵列中的电极的间距范围为0.1-10mm。