基于摩擦起电的运动轨迹记忆装置及记忆方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及运动轨迹的记忆与传感技术领域,特别涉及一种基于摩擦起电效应与铁电材料相结合的运动轨迹记忆装置及记忆方法。
【背景技术】
[0002]最近几年，世界各国科学家都在积极开发各种新型环保发电方式，为了解决环境的污染问题以及降低发电成本。从2012年开始，本发明的发明人就开始尝试使用摩擦电和静电等普遍的现象,去收集并利用人们一举一动中产生的电能,进而研发出了一系列的摩擦发电机。
[0003]另一方面，利用铁电材料的自发极化特性实现电子信号的记忆存储也是一个很有潜力的方向。尤其是考虑有机聚合物类的铁电材料有着制备工艺灵活和质地柔软的特性，可以在柔性电子领域有极具潜力的应用。如果能将基于摩擦起电的自供能发电装置与之相结合，那么在节省能源的同时可以实现对运动轨迹的记忆。
【发明内容】
[0004](一)要解决的技术问题
[0005]本发明的目的是提供一种利用摩擦起电和铁电效应相结合的记忆装置与记忆方法，以实现摩擦发电和位移传感器的集成一体化，实现对运动物的运动轨迹的记忆和存储。
[0006]( 二)技术方案
[0007]为解决上述问题，本发明提出一种基于摩擦起电的运动轨迹记忆装置，该装置包括摩擦层、铁电层、电极层和运动物，其中，所述摩擦层由介电材料构成，其与所述运动物能发生相对运动，从而在所述摩擦层和所述运动物上分别产生性质相反的电荷；所述运动物与所述电极层之间电性连接，由此，所述运动物上的电荷能够被传导至所述电极层；所述铁电层位于所述摩擦层与所述电极层之间，由铁电材料构成，所述摩擦层上的电荷与所述电极层上的电荷所产生的极化电场能改变所述铁电层中电偶极子的极化方向。
[0008]根据本发明的一种实施方式，所述铁电层的自发极化方向与所述极化电场相反。
[0009]根据本发明的一种实施方式，所述摩擦层为柔性介电材料；所述铁电层为柔性铁电材料。
[0010]根据本发明的一种实施方式，所述摩擦层的材料为聚酯树脂、聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物，或聚酰亚胺；所述铁电层的材料为聚偏氟乙烯及其衍生物。
[0011]根据本发明的一种实施方式，所述铁电层的铁电材料满足Ee < O / ε，其中Ec为该铁电材料的矫顽电场强度，0为产生所述极化电场的电荷密度，ε为该铁电材料的介电常数。
[0012]根据本发明的一种实施方式，所述铁电层与所述摩擦层是相互贴合的薄膜，且二者相互绝缘。
[0013]根据本发明的一种实施方式，所述铁电层与所述摩擦层的厚度均为I?100 μ m。
[0014]根据本发明的一种实施方式，所述摩擦层与所述运动物体之间的相对运动是沿二者的接触面的滑动摩擦运动。
[0015]根据本发明的一种实施方式，所述运动物从与所述摩擦层不接触的位置移动至与所述摩擦层接触后在该摩擦层的表面沿一条运动轨迹滑动，并再次移动至不与所述摩擦层接触的位置，所述铁电层的位于与所述轨迹相对应的区域的电偶极子的极化方向被所述极化电场改变。
[0016]根据本发明的一种实施方式，所述运动物从远离所述摩擦层的位置移动至与所述摩擦层接触，接着又从接触位置远离所述摩擦层，所述铁电层的位于与所述接触位置相对应的区域的电偶极子的极化方向被所述极化电场改变。
[0017]根据本发明的一种实施方式，所述电极层与所述铁电层相互贴合但绝缘。
[0018]根据本发明的一种实施方式，所述运动物整体为导体；或者，所述运动物部分为导体，部分为绝缘体，所述运动物的导体部分与所述电极层之间电性连接。
[0019]本发明还提出一种基于摩擦起电的运动轨迹记忆方法，包括如下步骤:将一个铁电层设置于一个摩擦层与一个电极层之间，该摩擦层由介电材料构成，该铁电层由铁电材料构成；使一个与所述电极层电性连接的运动物与所述摩擦层发生相对运动，以便在所述摩擦层和所述运动物上分别产生性质相反的电荷，且该运动物上的电荷被传导至所述电极层；所述摩擦层上的电荷与所述电极层上的电荷所产生的极化电场改变所述铁电层中电偶极子的极化方向。
[0020]根据本发明的一种实施方式，使所述铁电层的自发极化方向与所述极化电场相反。
[0021]根据本发明的一种实施方式，所述摩擦层为柔性介电材料；所述铁电层为柔性铁电材料。
[0022]根据本发明的一种实施方式，所述摩擦层的材料为聚酯树脂、聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物，或聚酰亚胺；所述铁电层的材料为聚偏氟乙烯及其衍生物。
[0023]根据本发明的一种实施方式，所述铁电层的铁电材料满足Ee < σ / ε，其中Ec为该铁电材料的矫顽电场强度，0为产生所述极化电场的电荷密度，ε为该铁电材料的介电常数。
[0024]根据本发明的一种实施方式，将所述铁电层与所述摩擦层制成薄膜且相互贴合，且二者相互绝缘。
[0025]根据本发明的一种实施方式，所述铁电层与所述摩擦层的厚度均为I?100 μ m。
[0026]根据本发明的一种实施方式，使所述摩擦层与所述运动物体之间的相对运动是沿二者的接触面的滑动摩擦运动。
[0027]根据本发明的一种实施方式，使所述运动物从与所述摩擦层不接触的位置移动至与所述摩擦层接触后在该摩擦层的表面沿一条运动轨迹滑动，并再次移动至不与所述摩擦层接触的位置，所述铁电层的位于与所述轨迹相对应的区域的电偶极子的极化方向被所述极化电场改变。
[0028]根据本发明的一种实施方式，使所述运动物从远离所述摩擦层的位置移动至与所述摩擦层接触，接着又从接触位置远离所述摩擦层，所述铁电层的位于与所述接触位置相对应的区域的电偶极子的极化方向被所述极化电场改变。
[0029]根据本发明的一种实施方式，使所述电极层与所述铁电层相互贴合但绝缘。
[0030]根据本发明的一种实施方式，所述运动物整体为导体；或者，所述运动物部分为导体，部分为绝缘体，所述运动物的导体部分与所述电极层之间电性连接，绝缘部分与所述摩擦层发生相对运动。
[0031](三)有益效果
[0032]本发明结构简单、成本低廉，且具有很高的灵敏度，同时，本发明所记忆存储的逻辑信号具有不错的稳定性和可靠性，可以在无外接电源的情况下直接将机械运动转化成可以储存的逻辑电信号，实现自驱动的记忆存储。
【附图说明】
[0033]图1是本发明的基于摩擦起电的运动轨迹记忆装置的结构示意图；
[0034]图2是本发明的基于摩擦起电的运动轨迹记忆装置一种工作方式的原理图；
[0035]图3是本发明的基于摩擦起电的运动轨迹记忆装置另一种工作方式的原理图；
[0036]图4是本发明的一个实施例的运动轨迹记忆装置的结构示意图；
[0037]图5是本发明的另一个实施例的运动轨迹记忆装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0038]图1是本发明的基于摩擦起电的运动轨迹记忆装置的结构示意图。如图1所示，该记忆装置包括摩擦层1、铁电层2、电极层3和运动物4。摩擦层I与运动物4能发生相对运动，从而在摩擦层I和运动物4上分别产生性质相反的电荷。运动物4与电极层3之间电性连接，例如通过导线5连接，由此，运动物4上的电荷能够被传导至电极层4。