MS摩擦层表面利用溶胶-凝胶(英文简写为sol-gel)的方法修饰上正硅酸乙酯(英文简写为TE0S)，而使其带负电。也可以在金属金薄膜层上利用金-硫的键结修饰上表面含十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的金纳米粒子，由于十六烷基三甲基溴化铵为阳离子，故会使整个摩擦层变成带正电性。本领域的技术人员可以根据摩擦层材料的得失电子性质和表面化学键的种类，选择合适的修饰材料与其键合，以达到本发明的目的，因此这样的变形都在本发明的保护范围之内。
[0073]为了满足与第二部件20中的第一电极层201和第二电极层202交替接触的要求，第一部件10的形状和尺寸应该不足以同时覆盖这两个电极层，除此之外，对其形状和尺寸没有特殊要求。为了达到更好的电信号输出效果，优选第一部件10的形状和尺寸与第一电极层201和/或第二电极层202的形状和尺寸相同，以使得第一部件10能够与第一电极层201和/或第二电极层202在接触时能够达到完全重合，有效摩擦面积最大。
[0074]与现有技术中的摩擦发电机不同，由于第一部件10的背面无需沉积金属电极，因此对其厚度没有特殊要求，可以是体材料也可以是薄膜材料，这使本发明发电机的应用范围得到了极大拓展。
[0075]本实施例中的第二部件20由2个导电层组成，同时作为电极和摩擦层使用。常用的导体材料均可用于制备第二部件20，例如金属和导电的非金属材料等，其中金属可选自金、银、钼、铝、镍、铜、钛、铬或硒，以及由上述金属形成的合金；导电的非金属材料可选自氧化铟锡ITO和掺杂的半导体。
[0076]第二部件20中的2个电极层尺寸和形状可以相同，也可以不同，为了提高滑动摩擦发电的效率，优选第一电极层201与第一部件10相互接触的摩擦表面，和第二电极层202与第一部件10相互接触的摩擦表面形状和尺寸相同；更优选两个电极层面向第一部件10的表面形状和尺寸与第一部件10下表面的形状和尺寸相同。
[0077]第一电极层201和第二电极层202为分隔设置，即二者之间需要留有一定的空隙，该空隙的存在是电子能够通过电信号输出端30在两个电极层之间流动的关键。理论研究和实验对比显示，电极层之间的间距越小，越有利于提高输出的电流密度和功率密度。因此，应该优先选用较小的电极层间距。一个电极间距为I毫米的典型器件，可以产生大约14千伏的开路电压和3.25毫安每平方米的短路电流密度，以及最大为6.5瓦每平方米的功率密度(图3中A和B)。但是考虑到放电的因素，该间距又不能过小。本发明认为该间距优选为0.lmm-5cm,更优选0.lcm_3cm,尤其是0.lcm-lcm。分隔的电极层可以通过选择性镀膜技术在支撑基底上制备，也可以用导电的薄层或薄片直接切割而成。
[0078]第一电极层201和第二电极层202的相对位置并没有特殊限定，二者既可以位于同一个平面上，也可以位于不同的平面上，二者可以相互平行，也可以形成一定角度。优选第一电极层201和第二电极层202位于同一个平面上，以减小二者之间的等效电容量，提高发电机的输出电压。
[0079]为了在提高电信号输出密度的同时，防止电极层之间的放电，还可以在两个电极层的空隙之间填有填充介质50 (参见图4)。该填充介质50既可以仅填充于两个电极层之间的空隙中，也可以如图4所示在两个电极层的周围也设置一圈，用于作为电极层的支撑结构或保护结构。该填充介质50可选自具有中性摩擦电特性的材料，例如聚异丁烯、聚氨酯弹性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、丁二烯-丙烯腈共聚物、氯丁橡胶、天然橡胶、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-Co-丙烯腈)、聚双酚A碳酸酯聚氯醚、聚偏二氯乙烯和聚(2，6- 二甲基聚亚苯基氧化物)。显然，如果发电机在使用的过程中需要液体、气体或真空环境，上述填充介质50也可以是不导电的液体或气体，在必要的情况下也可以是真空。在这些情况下，第一部件10在与填充介质50接触的过程中可以有效的避免电荷转移。填充介质50的填充高度既可以与第一摩擦层201和第二摩擦层202的厚度相同，也可以稍低于二者的厚度。
[0080]第一部件10和第二部件20既可以是硬质材料，也可以是柔性材料，材料的硬度对二者的发电性能没有明显影响，但是却可以扩展本发明发电机的应用范围。
[0081]第一部件10与第一电极层201和第二电极层202之间的交替接触既可以通过滑动实现(参见图1和图2中<i>-〈iv>)，也可以通过垂直间距变化的接触分离动作实现(参见图5中<i>-〈vi>)。其中，图5中所示工作方式的发电原理参见图6:当第一部件10与第一电极层201接触后，由于二者摩擦电性质的不同，导致在接触表面发生电荷转移，以第一部件10上形成负的表面接触电荷，第一电极层201上形成正的表面接触电荷为例；当第一部件10与第一电极层201分开后，第一部件10上表面接触电荷对第一电极层201上正电荷的吸引力减弱，同时对第二电极层202上电荷的影响也发生变化，导致电子在第一电极层201和第二电极层202之间重新分配，在外电路有电流产生，该电流在第一部件10移动到第二电极层202上的过程中一直存在，直到第一部件10与第二电极层202完全接触，第一电极层201上的正电荷全部转移到第二电极层202上，电场再次达到平衡，外电路没有电流通过；而当第一部件10在与第二电极层202分开向第一电极层201移动的过程中，电荷也会随着第一部件10的离开而在两个电极层之间发生重新分配，导致外电路上有反向的电流产生。如此往复，只要第一部件10与两个电极层交替接触，就会向外电路输出交流脉冲电信号。
[0082]电信号输出端30的两端分别与第一电极层201和第二电极层202电连接，用于平衡两个电极层之间的电势差，并在此过程中将电信号向外输出。在实际应用过程中，该电信号输出端30可以与电流表、电压表或者其他电信号检测装置或收集装置直接连接，也可以通过整流装置将电信号整合后再向外输出。
[0083]第二种典型实施方式
[0084]图7为本发明独立摩擦层纳米发电机的另一种典型结构，其包括第一部件10、第二部件20和电信号输出端30;其中，第一部件10在与第二部件初次接触前为带电体，第二部件20由一个第一电极层201和与之配合的一个第二电极层202组成，第一电极层201和第二电极层202分隔设置并且分别与电信号输出端30的两端电连接，第一部件10的下表面交替与第一电极层201和第二电极层202接触，使第一电极层201和第二电极层202通过电信号输出端30向外输出电信号，第一部件10的下表面与第一电极层和第二电极层的材料具有不同的摩擦电性质。
[0085]该实施方式与图1所示的实施方式结构基本相同，唯一的区别在于第一部件10在与第二部件初次接触前为带电体，但是这并不影响对第一部件10、第二部件20以及电信号输出端30的材料选择和尺寸控制，因此前面对图1所述实施方式的结构、材料和尺寸的说明和限定均适用于本实施方式，在此不再赘述。需要说明的是，当第一部件10预先带电后，造成了纳米发电机的工作原理发生了变化，具体如图8中所示:以第一部件10预先带有饱和的负电荷为例，当第一部件10第一电极层201表面完全接触后，由于静电感应作用将使得两个电极层内部的电荷重新分配，第一电极层201上将带有正电荷而第二电极层202上将带有负电荷，从而实现第一部件10与第一电极层201和第二电极层202之间的电荷平衡，在此过程中电子将从第一电极层201通过外电路转移到第二电极层202上，从而在外电路中有电流产生。当第一部件10继续从第一电极层201向第二电极层202滑动的过程中，由于第一部件10上持有的电荷电量不变，为了使电场保持平衡，第一部件10的滑动将带动电子从第二电极层202向第一电极层201流动，由此在外电路产生反向的电流。当第一部件10与第二电极层202完全重合后，电场平衡、电流消失。与此类似，第一部件10再在第一电极层201和第二电极层202之间往复运动并与第一电极层201和第二电极层202发生交替接触的过程中，电信号输出端30会向外电路输出方向交替变化的交流脉冲电信号，从而实现由机械能到电能的转化。
[0086]第三种典型实施方式
[0087]图9为本发明独立摩擦层纳米发电机的另一种典型结构，其包括第一部件10、第二部件20、电信号输出端30和隔离层40 ;其中，第二部件20由一个第一电极层201和与之配合的一个第二电极层202组成，第一电极层201和第二电极层202分隔设置并且分别