发电机及其制备方法和发电机组的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种发电机及其制备方法和发电机组。该发电机包括如下步骤：支架及固定于支架上的发电单元和摩擦单元，发电单元和摩擦单元间隔设置，发电单元包括电极层和驻极体层，驻极体层层叠于电极层上，驻极体层被充负电处理；摩擦单元包括支撑薄膜和摩擦层，支撑薄膜的一端与支架固定连接，支撑薄膜的另一端在风力的作用下可飘动，摩擦层的材料为导电材料，摩擦层层叠于支撑薄膜上，摩擦层与电极层电连接，摩擦层层叠于摩擦层上，摩擦层与驻极体层相对设置，摩擦层与驻极体层可接触，其中，摩擦层随支撑薄膜可飘动而使摩擦层与电极层之间的距离改变，并使摩擦层与驻极体层接触。上述发电机具有较好的输出性能。
【专利说明】
发电机及其制备方法和发电机组
技术领域
[0001]本发明涉及发电技术领域，特别涉及一种发电机及其制备方法和发电机组。
【背景技术】
[0002]随着物联网技术的发展和进步，对于传感器的需求更加迫切，对传感器供电模块的供电问题也提出了严峻挑战。由于电池的寿命等限制因素，除了使用电池，我们迫切的需要发展多种能量收集方法来补充电池作为传感器电源的供给，从而使得复合能源器件应运而生，例如摩擦电发电机。
[0003]目前，已经报道的摩擦电发电机通常是由两种不同的摩擦性质的材料构成，基于两种材料的接触和分离，以产生电信号。尽管摩擦发电技术近几年来发展迅速，实际上这种发电技术不可避免的面临实际应用方面的问题，充电能力较弱，难以满足电子器件长期稳定的供能需求。如果能进一步提高摩擦发电机的输出性能，从而实现对各种电子产品进行持续充电，将能从根本上缓解当前的能源危机。
【发明内容】
[0004]基于此，有必要提供一种输出性能较好的发电机。
[0005]此外，还提供一种发电机的制备方法和发电机组。
[0006]—种发电机，包括支架及固定于所述支架上的发电单元和摩擦单元，所述发电单元和所述摩擦单元间隔设置，其中:
[0007]所述发电单元包括电极层和驻极体层，所述驻极体层层叠于所述电极层上，所述驻极体层被充负电处理；
[0008]所述摩擦单元包括支撑薄膜和摩擦层，所述支撑薄膜的一端与所述支架固定连接，所述支撑薄膜的另一端在风力的作用下可飘动，所述摩擦层的材料为导电材料，所述摩擦层层叠于所述支撑薄膜上，所述摩擦层与所述电极层电连接，所述摩擦层与所述驻极体层相对设置，所述摩擦层与所述驻极体层可接触，其中，所述摩擦层随所述支撑薄膜可飘动而使所述摩擦层与所述电极层之间的距离改变，并使所述摩擦层与所述驻极体层接触。
[0009]在其中一个实施例中，所述电极层的材料选自镍、铝、金、银、铜及铟锡氧化物中的一种。
[0010]在其中一个实施例中，所述摩擦层的材料选自镍、铝、金、银、铜及铟锡氧化物中的一种。
[0011]在其中一个实施例中，所述驻极体层的材料选自无定形氟树脂、聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯、氟化乙丙烯共聚物、聚碳酸酯、聚全氟乙烯丙烯、聚丙烯、聚乙烯、二氧化硅及娃基氮化娃中的一种。
[0012]在其中一个实施例中，所述支撑薄膜的材料选自聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚氯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚对苯二甲酸乙二酯醇、聚异丁烯、聚氨酯弹性海绵、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯腈及聚双苯酚碳酸酯中的一种。
[0013]在其中一个实施例中，所述支架为两端开口的柱形壳体，所述发电单元和所述摩擦单元均收容于所述支架内，所述电极层远离所述驻极体层的一面与所述支架的内壁固定连接，所述支撑薄膜的一端与所述支架的一个开口端固定连接，另一端朝所述支架的轴向延伸。
[0014]一种发电机的制备方法，包括如下步骤:
[0015]在电极层上形成驻极体层，并对所述驻极体层充负电处理，得到发电单元；
[0016]在支撑薄膜上形成摩擦层，得到摩擦单元，其中，所述摩擦层的材料为导电材料；
[0017]提供支架，将所述发电单元和所述支撑薄膜的一端间隔固定于所述支架上，使所述摩擦层与所述驻极体层相对设置，并将所述摩擦层与所述电极层电连接，其中，所述摩擦层与所述驻极体层可接触，所述支撑薄膜远离所述支架的一端在风力的作用下可飘动，所述摩擦层随所述支撑薄膜可飘动而使所述摩擦层与所述电极层之间的距离改变，并使所述摩擦层与所述驻极体层接触。
[0018]在其中一个实施例中，在所述支撑薄膜上形成所述摩擦层的方法为磁控溅射镀膜或电子束蒸镀。
[0019]—种发电机组，包括支架、第一发电单元、第二发电单元和摩擦单元，所述第一发电单元、所述第二发电单元和所述摩擦单元均固定于所述支架上，所述第一发电单元和所述第二发电单元均与所述摩擦单元间隔设置，且所述摩擦单元位于所述第一发电单元和所述第二发电单元之间，其中:
[0020]所述第一发电单元包括第一电极层和第一驻极体层，所述第一驻极体层层叠于所述第一电极层上，所述第一驻极体层被充负电处理；
[0021]所述第二发电单元包括第二电极层和第二驻极体层，所述第二驻极体层层叠于所述第二电极层上，所述第二驻极体层被充负电处理；
[0022]所述摩擦单元包括支撑薄膜、第一摩擦层和第二摩擦层，所述支撑薄膜的一端与所述支架固定连接，所述支撑薄膜的另一端在风力的作用下可飘动，所述第一摩擦层和所述第二摩擦层分别层叠于所述支撑薄膜的相对的两个表面上，所述第一摩擦层和所述第二摩擦层的材料均为导电材料，所述第一摩擦层与所述第一电极层电连接，所述第一摩擦层与所述第一驻极体层相对设置，且所述第一摩擦层与所述第一驻极体层可接触，所述第二摩擦层与所述第二电极层电连接，所述第二摩擦层与所述第二驻极体层相对设置，且所述第二摩擦层与所述第二驻极体层可接触;其中，所述第一摩擦层和所述第二摩擦层随所述支撑薄膜可飘动而使所述第一摩擦层与所述第一电极层之间距离和所述第二摩擦层与所述第二电极层之间的距离均改变，并使所述第一摩擦层与所述第一驻极体层接触，所述第二摩擦层与所述第二驻极体层接触。
[0023]由于上述发电机的支撑薄膜在风力的作用下能够飘动，并带动摩擦层飘动，使摩擦层与驻极体层接触摩擦，以实现摩擦发电；同时，当摩擦层与驻极体层不接触时，由于驻极体层被充负电处理，且摩擦层为导电材料，使得储存有电荷的驻极体层、电极层与摩擦层构成电容结构，当支撑膜层能够在风力的作用下飘动，使得电极层与摩擦层的距离不断变化，导致电容结构的电容值发生改变，电荷不断在电极层和摩擦层之间重新分布，以实现静电发电，从而将静电发电和摩擦发电结合在一起，能够有效地提高了发电机的输出性能。
【附图说明】
[0024]图1为一实施方式的发电机的结构不意图；
[0025]图2为图1所示的发电机省略了支架后的摩擦层与驻极体层接触时的电荷分布的示意图；
[0026]图3为图2所示的发电机的摩擦层与驻极体层分开后的电荷分布的示意图；
[0027]图4为一实施方式的发电机的制备方法的流程图；
[0028]图5为一实施方式的发电机组的结构不意图；
[0029]图6为实施例1的发电机的充电时间与充电电压的曲线图；
[0030]图7为对比例I的发电机的充电时间和充电电压的曲线图。
【具体实施方式】
[0031]为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
[0032]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0033]如图1所示，一种发电机100，包括支架110、发电单元120和摩擦单元130。
[0034]支架110为整个发电机100的支撑部分。其中，支架110为两端开口的柱形壳体。具体在本实施例中，支架110为两端开口的方柱形壳体。
[0035]发电单元120固定于支架110上。具体的，发电单元120收容于支架110内。发电单元120包括电极层122和驻极体层124。
[0036]电极层122固定于支架110的内壁上。其中，电极层122可通过导线与整流器相连接。
[0037]其中，电极层122的材料选自镍、铝、金、银、铜及铟锡氧化物中的一种。
[0038]驻极体层124层叠于电极层122上。其中，驻极体层124的材料选自无定形氟树脂、聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯、氟化乙丙烯共聚物、聚碳酸酯、聚全氟乙烯丙烯、聚丙烯、聚乙稀、二氧化娃及娃基氮化娃中的一种。
[0039]其中，驻极体层124被充负电处理，使得驻极体层124本身带电，以使发电机100形成静电发电。
[0040]摩擦单元130固定于支架110上。具体的，摩擦单元130收容于支架110内。其中，摩擦单元130包括支撑薄膜132和摩擦层134。
[0041]支撑薄膜132的一端与支架110固定连接，支撑薄膜132的另一端在风力的作用下可飘动。具体的，支撑薄膜132的一端与支架110的一个开口端固定连接，另一端朝支架110的轴向延伸。
[0042]其中，支撑薄膜132为绝缘材料。支撑薄膜132的材料选自聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚氯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚对苯二甲酸乙二酯醇、聚异丁烯、聚氨酯弹性海绵、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯腈及聚双苯酸碳酸酯中的一种。
[0043]摩擦层134层叠于支撑薄膜132上。摩擦层134与电极层122电连接，且摩擦层134与驻极体层124相对设置。其中，摩擦层134通过导线140与电极层122电连接，以使摩擦层134与电极层132能够形成电容。
[0044]其中，摩擦层134的材料为导电材料。具体的，摩擦层134的材料选自镍、铝、金、银、铜及铟锡氧化物中的一种。
[0045]其中，摩擦层134与驻极体层124可接触。且摩擦层134随支撑薄膜132可飘动而使摩擦层134与驻极体层124之间的距离改变，并使摩擦层134与驻极体层124接触。即支撑薄膜132在风力的作用下飘动时，能够带动摩擦层134随其一起运动，而使得摩擦层134与电极层122的距离发生改变，并使摩擦层134与驻极体层124能够接触。具体的，风从支架110安装有支撑薄膜132的一端进入支架110内。
[0046]上述发电机100实现发电的具体原理如下:
[0047]支撑薄膜132在风力的作用下飘动，并带动支撑薄膜132上的摩擦层134飘动，使得摩擦层134与驻极体层124接触，接触后，驻极体层124的表面带有负电荷，而摩擦层134的表面带有正电荷，如图2所示，当摩擦层134与驻极体层124分开后，为了达到平衡驻极体层124上，电子会通过摩擦层134流动到电极层122，使得电极层122带有正电荷，如图3所示，该过程会形成电信号向外输出，此为摩擦发电过程；
[0048]另外，由于电极层122与摩擦层134电连接，驻极体层124被充负电处理，而摩擦层134的材料为导电材料，使得当摩擦层134与驻极体层124不接触时，储存有电荷的驻极体层124、电极层122与摩擦层134构成电容结构，由于支撑薄膜132在风力的作用飘动，使得电极层122与摩擦层134的距离不断变化，导致电容结构的电容值发生改变，电荷不断在电极层122和摩擦层134之间重新分布，此为静电发电过程。
[0049]由于上述发电机100的支撑薄膜132在风力的作用下能够飘动，并带动摩擦层134和摩擦层134飘动，使摩擦层134与电极层122接触，以实现摩擦发电；同时，由于电极层122与摩擦层134电连接，当摩擦层134与驻极体层124不接触时，驻极体层124被充负电处理，而摩擦层134的材料为导电材料，使得储存有电荷的驻极体层124、电极层122与摩擦层134构成电容结构，当支撑薄膜132能够在风力的作用下飘动，使得电极层122与摩擦层134的距离不断变化，导致电容结构的电容值发生改变，电荷不断在电极层122和摩擦层134之间重新分布，以实现静电发电，从而将静电发电和摩擦发电结合在一起，能够有效地提高了发电机100的输出性能。
[0050 ]如图4所示，一实施方式的发电机的制备方法，包括如下步骤:
[0051]步骤S210:在电极层上形成驻极体层，并对驻极体层充负电处理，得到发电单元。
[0052]其中，电极层的材料选自镍、铝、金、银、铜及铟锡氧化物中的一种。
[0053]其中，驻极体层的材料选自无定形氟树脂、聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯、氟化乙丙烯共聚物、聚碳酸酯、聚全氟乙烯丙烯、聚丙烯、聚乙烯、二氧化硅及硅基氮化硅中的一种。
[0054]其中，对驻极体层充负电处理的方法为三极放电法，即高压充放电装置的针尖极和地之间为6000V的电压，栅极和地间为2000V的电压。其中，充电时间为10分钟。
[0055]步骤S220:在支撑薄膜上形成摩擦层，得到摩擦单元。
[0056]其中，支撑薄膜的材料选自聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚氯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚对苯二甲酸乙二酯醇、聚异丁烯、聚氨酯弹性海绵、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯腈及聚双苯酚碳酸酯中的一种。
[0057]其中，摩擦层的材料为导电材料。具体的，摩擦层的材料选自镍、铝、金、铜、银及铟锡氧化物中的一种。
[0058]其中，在支撑薄膜上形成摩擦层的方法为磁控溅射或蒸镀。
[0059]步骤S230:提供支架，将发电单元和支撑薄膜的一端间隔固定于支架上，使摩擦层与驻极体层相对设置，并将摩擦层与电极层电连接。其中，摩擦层与驻极体层可接触，摩擦层远离支架的一端在风力的作用下可飘动，摩擦层随支撑薄膜可飘动而使摩擦层与电极层之间的距离改变，并使摩擦层与驻极体层接触。即支撑薄膜在风力的作用下飘动时，能够带动摩擦层随其一起运动，而使得摩擦层与电极层的距离发生改变，并使摩擦层与驻极体层能够接触。
[0060]可以理解，上述发电机的制备方法不限于上述顺序，也可以将步骤S220与步骤S210的顺序调换，或者，在制备该发电单元后就将发电单元安装在支架上，再制备摩擦单
J L ο
[0061]上述发电机的制备方法简单，易操作。且上述发电机的制备方法制备的发电机具有较好的输出性能。
[0062]如图5所示，一实施方式的发电机组300，包括支架(图未示)、第一发电单元320、第二发电单元330和摩擦单元340。
[0063]支架310与一实施方式发电机的支架相同。
[0064]其中，第一发电单元320、第二发电单元330和摩擦单元340均固定于支架上，第一发电单元320和第二发电单元330均与摩擦单元340间隔设置。
[0065]第一发电单元320包括第一电极层322和第一驻极体层324。其中，第一电极层322与一实施方式的发电机的电极层相同；第一驻极体层324与一实施方式的发电机的驻极体层相同。
[0066]第二发电单元330包括第二电极层332和第二驻极体层334。其中，第二电极层332与一实施方式的发电机的电极层相同；第二驻极体层334与一实施方式的发电机的驻极体层相同。
[0067]摩擦单元340位于第一发电单元320和第二发电单元330之间。其中，摩擦单元340包括支撑薄膜342、第一摩擦层343和第一摩擦层343。
[0068]第一摩擦层343和第二摩擦层344与一实施方式的发电机的摩擦层相同。
[0069]第一摩擦层343和第二摩擦层344分别层叠于支撑薄膜342的相对的两个表面上。具体的，第一摩擦层343和第二摩擦层344均与一实施方式的摩擦层相同。
[0070]其中，第一摩擦层343与第一电极层322电连接，且第一摩擦层343与第一电极层322电连接，第二摩擦层344与第二电极层332电连接。
[0071]其中，第一摩擦层343与第一驻极体层324相对设置，且第一摩擦层343与第一驻极体层324可接触;第二摩擦层344与第二驻极体层334相对设置，且第二摩擦层344与第二驻极体层324可接触。
[0072]其中，第一摩擦层343和第二摩擦层344随支撑薄膜342可飘动而使第一摩擦层343与第一电极层322之间距离和第二摩擦层344与第二电极层332之间的距离均改变，并使第一摩擦层343与第一驻极体层324接触，第二摩擦层344与第二驻极体层334接触。
[0073]其中，第一驻极体层324、第一电极层322、第一摩擦层343和支撑薄膜342构成一个发电机;第二驻极体层334、第二电极层332、第二摩擦层344和支撑薄膜342构成一个发电机，两个发电机并联。
[0074]其中，上述发电机组300的工作原理具体为:
[0075]支撑薄膜342在风力的作用下飘动，并带动支撑薄膜342上的第一摩擦层343和第二摩擦层344运动，当支撑薄膜342朝靠近第一发电单元320的方向运动时，第一摩擦层343与第一驻极体层324接触，使得第一驻极体层324的表面带有负电荷，而第一摩擦层343的表面带有正电荷，当第一摩擦层343与第一驻极体层324分开时，为了达到平衡第一驻极体层324上的电子，电子会从第一摩擦层343流动到第一电极层322，使得第一电极层322带有正电荷，该过程会形成电信号向外输出；当第二摩擦层344朝靠近第二发电单元330的方向运动时，第二摩擦层344与第二驻极体层334接触，使得第二驻极体层334的表面带有负电荷，而第二摩擦层346的表面带有正电荷，当第二摩擦层344与第二驻极体层334分开时，为了达到平衡第二驻极体层334上的电子，电子会从第二摩擦层344流动到第二电极层332，使得第二电极层332带有正电荷，该过程会形成电信号向外输出，此为摩擦发电过程。
[0076]另外，由于第一摩擦层343与第一电极层322电连接，第二摩擦层344与第二电极层332电连接，且支撑薄膜342的绝缘阻挡作用，第一摩擦层343和第二摩擦层344的材料均为导电材料，第一驻极体层324和第二驻极体层334被充负电处理，使得当第一摩擦层343与第一驻极体层324不接触、且第二摩擦层344与第二驻极体层334不接触时，储存有电荷的第一驻极体层324、第一电极层322与第一摩擦层343构成电容结构，储存有电荷的第二驻极体层334、第二电极层332与第二摩擦层346构成电容结构，由于支撑薄膜342在风力的作用飘动，使得第一电极层322与第一摩擦层343的距离不断变化，第二电极层332与第二摩擦层344的距离不断变化，导致电容结构的电容值发生改变，电荷不断在第一电极层322和第一摩擦层343之间、第二电极层332与第二摩擦层344之间重新分布，该过程也会形成电信号向外输出，此为静电发电过程。
[0077]由于上述发电机组300与一实施方式发电机相类似，也将静电发电和摩擦发电结合在一起，有效地提高了发电机的输出性能。
[0078]以下为具体实施例部分:
[0079]实施例1
[0080]本实施例的发电机的制备过程如下:
[0081](I)在厚度为20微米的电极层上涂覆无定形氟树脂，经180°C固化，形成驻极体层，采用高压充放电装置对驻极体层充负电处理，且充负电处理时，针尖极和地之间为6000V的电压，栅极和地间为2000V的电压，充电时间为10分钟，得到发电单元。其中，电极层的材料为铝。
[0082](2)在厚度为50微米的支撑薄膜的一个表面上磁控溅射形成厚度为200微米的摩擦层，得到摩擦单元。其中，支撑薄膜的材料为聚酰亚胺;摩擦层的材料为铝。
[0083](3)提供支架，支架为两端开口的柱形壳体，将第一电极层与支架的内壁固定连接，将支撑薄膜的一端与支架的一个开口通过一横梁固定连接，并将摩擦层与电极层电连接，且使摩擦层与驻极体层间隔且相对设置，得到发电机。
[0084]实施例2
[0085]本实施例的发电机的制备方法与实施例1的发电机的制备方法类似，区别仅在于:电极层的材料为镍，驻极体层的材料为聚二甲基硅氧烷，支撑薄膜的材料为聚氯乙烯，摩擦层的材料为镍。
[0086]实施例3
[0087]本实施例的发电机的制备方法与实施例1的发电机的制备方法类似，区别仅在于:电极层的材料为铜，驻极体层的材料为聚四氟乙烯，支撑薄膜的材料为聚四氟乙烯，摩擦层的材料为铜。
[0088]实施例4
[0089]本实施例的发电机的制备方法与实施例1的发电机的制备方法类似，区别仅在于:电极层的材料为银，驻极体的材料为氟化乙丙烯共聚物，支撑薄膜的材料为聚丙烯，摩擦层的材料为银。
[0090]实施例5
[0091 ]本实施例的发电机的制备方法与实施例1的发电机的制备方法类似，区别仅在于:电极层的材料为金，驻极体层的材料为聚碳酸酯，支撑薄膜的材料为聚乙烯，摩擦层的材料为银。
[0092]实施例6
[0093]本实施例的发电机的制备方法与实施例1的发电机的制备方法类似，区别仅在于:电极层的材料为铟锡氧化物，驻极体层的材料为聚全氟乙烯丙烯，支撑薄膜的材料为聚苯乙烯，摩擦层的材料为铟锡氧化物。
[0094]实施例7
[0095]本实施例的发电机的制备方法与实施例1的发电机的制备方法类似，区别仅在于:电极层的材料为铜，驻极体层的材料为聚丙烯，支撑薄膜的材料为聚偏二氯乙烯，摩擦层的材料为金。
[0096]实施例8
[0097]本实施例的发电机的制备方法与实施例1的发电机的制备方法类似，区别仅在于:电极层的材料为金，驻极体层的材料为二氧化硅，支撑薄膜的材料为聚氯醚，摩擦层的材料为铜。
[0098]实施例9
[0099]本实施例的发电机的制备方法与实施例1的发电机的制备方法类似，区别仅在于:电极层的材料为铟锡氧化物，驻极体层的材料为硅基氮化硅，支撑薄膜的材料为聚甲基丙烯酸甲酯，摩擦层的材料为镍。
[0100]实施例10
[0101 ]本实施例的发电机的制备方法与实施例1的发电机的制备方法类似，区别仅在于:驻极体层的材料为聚乙烯，支撑薄膜的材料为聚乙烯醇。
[0102]实施例11
[0103]本实施例的发电机的制备方法与实施例1的发电机的制备方法类似，区别仅在于:支撑薄膜的材料为聚对苯二甲酸乙二酯醇。
[0104]实施例12
[0105]本实施例的发电机的制备方法与实施例1的发电机的制备方法类似，区别仅在于:支撑薄膜的材料为聚异丁烯。
[0106]实施例13
[0107]本实施例的发电机组的制备过程与实施例1的发电机组的制备过程相类似，区别仅在于，支撑薄膜的材料为聚乙烯醇缩丁醛。
[0108]实施例14
[0109]本实施例的发电机组的制备过程与实施例1的发电机组的制备过程相类似，区别仅在于，支撑薄膜的材料为聚丙烯腈。
[0110]实施例15
[0111]本实施例的发电机组的制备过程与实施例1的发电机组的制备过程相类似，区别仅在于，支撑薄膜的材料为聚双苯酚碳酸酯。
[0112]实施例16
[0113]本实施例的发电机组的制备过程如下:
[0114](I)在厚度为20微米的第一电极层和厚度为20微米的第二电极层上分别涂覆无定形氟树脂，经180°C固化，形成第一驻极体和第二驻极体层;接着，采用高压充放电装置分别对第一驻极体层和第二驻极体层充负电处理，且充负电处理时，针尖极和地之间为6000V的电压，栅极和地间为2000V的电压，充电时间为10分钟，分别得到第一发电单元和第二发电单元。其中，第一电极层的材料为铝;第二电极层的材料为铝;第一驻极体层的材料为无定形氟树脂;第二驻极体的材料为无定形氟树脂。
[0115](2)在厚度为50微米的支撑薄膜的相对的两个表面上分别蒸镀形成第一摩擦层和第二摩擦层，得到摩擦单元。其中，支撑薄膜的材料为聚氨酯弹性海绵;第一摩擦层的材料为铝;第二摩擦层的材料为铝。
[0116](3)提供支架，支架为两端开口的柱形壳体，将第一电极层和第二电极层分别与支架的内壁固定连接，将支撑薄膜的一端与支架的一个开口通过一横梁固定连接，并将第一摩擦层与第一电极层电连接，第二摩擦层与第二电极层电连接，且使第一摩擦层与第一驻极体层间隔且相对设置，第二摩擦层与第二驻极体层间隔且相对设置，且摩擦单元位于第一发电单元和第二发电单元之间，得到发电机。
[0117]对比例I
[0118]对比例I的发电机的制备过程如下:
[0119](I)在厚度为20微米的电极层上涂覆无定形氟树脂，经180°C固化，形成驻极体，得到发电单元。其中，电极层的材料为铝。
[0120](2)在厚度为50微米的支撑薄膜的一个表面上磁控溅射形成厚度为200微米的金属层，再在金属层上形成厚度为120纳米的摩擦层，得到摩擦单元。其中，支撑薄膜的材料为聚酰亚胺;金属层的材料为铝;摩擦层的材料为聚酰亚胺。
[0121](3)提供支架，支架为两端开口的柱形壳体，将第一电极层与支架的内壁固定连接，将支撑薄膜的一端与支架的一个开口通过一横梁固定连接，并将金属层与电极层电连接，且使摩擦层与驻极体层间隔且相对设置，得到发电机。
[0122 ]对实施例1和对比例I的发电机电性能测试:
[0123]向实施例1和对比例I的支架与支撑薄膜固定的一端施加风力，在发电机的输出两端连接整流桥，把发电机输出的交流信号转变为直流信号，再将一电容与整流桥电连接，对电容充电，采用电压表测试被充电电容两端的电压值，支撑薄膜在风力的作用下飘动，并使摩擦层与驻极体层不断的接触和分离，电压表有电信号，从而得到实施例1和对比例I的发电机的充电时间与充电电压的曲线图。从图6中可以看出，实施例1的发电机输出电能将10μF的电容在80s内充电到29V，而图7的对比例I的单独的摩擦发电的发电机输出电能将1yF的电容需要300S以上才能充电到29V，换而言之，实施例1的摩擦发电和静电发电集成的发电机，对同一个电容充电到相同的电压，其充电速率高达对比例I的仅摩擦发电的发电机的3.75倍。而实施例2?15的发电机和实施例16的发电机组与实施例1有类似的输出性能，此处不再赘述。
[0124]以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0125]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种发电机，其特征在于，包括支架及固定于所述支架上的发电单元和摩擦单元，所述发电单元和所述摩擦单元间隔设置，其中: 所述发电单元包括电极层和驻极体层，所述驻极体层层叠于所述电极层上，所述驻极体层被充负电处理； 所述摩擦单元包括支撑薄膜和摩擦层，所述支撑薄膜的一端与所述支架固定连接，所述支撑薄膜的另一端在风力的作用下可飘动，所述摩擦层的材料为导电材料，所述摩擦层层叠于所述支撑薄膜上，所述摩擦层与所述电极层电连接，所述摩擦层与所述驻极体层相对设置，所述摩擦层与所述驻极体层可接触，其中，所述摩擦层随所述支撑薄膜可飘动而使所述摩擦层与所述电极层之间的距离改变，并使所述摩擦层与所述驻极体层接触。2.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述电极层的材料选自镍、铝、金、银、铜及铟锡氧化物中的一种。3.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述摩擦层的材料选自镍、铝、金、银、铜及铟锡氧化物中的一种。4.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述驻极体层的材料选自无定形氟树月旨、聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯、氟化乙丙烯共聚物、聚碳酸酯、聚全氟乙烯丙烯、聚丙烯、聚乙烯、二氧化硅及硅基氮化硅中的一种。5.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述支撑薄膜的材料选自聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚氯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚对苯二甲酸乙二酯醇、聚异丁烯、聚氨酯弹性海绵、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯腈及聚双苯酚碳酸酯中的一种。6.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述支架为两端开口的柱形壳体，所述发电单元和所述摩擦单元均收容于所述支架内，所述电极层远离所述驻极体层的一面与所述支架的内壁固定连接，所述支撑薄膜的一端与所述支架的一个开口端固定连接，另一端朝所述支架的轴向延伸。7.一种发电机的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 在电极层上形成驻极体层，并对所述驻极体层充负电处理，得到发电单元； 在支撑薄膜上形成摩擦层，得到摩擦单元，其中，所述摩擦层的材料为导电材料； 提供支架，将所述发电单元和所述支撑薄膜的一端间隔固定于所述支架上，使所述摩擦层与所述驻极体层相对设置，并将所述摩擦层与所述电极层电连接，其中，所述摩擦层与所述驻极体层可接触，所述支撑薄膜远离所述支架的一端在风力的作用下可飘动，所述摩擦层随所述支撑薄膜可飘动而使所述摩擦层与所述电极层之间的距离改变，并使所述摩擦层与所述驻极体层接触。8.根据权利要求7所述的发电机的制备方法，其特征在于，在所述支撑薄膜上形成所述摩擦层的方法为磁控溅射或蒸镀。9.一种发电机组，其特征在于，包括支架、第一发电单元、第二发电单元和摩擦单元，所述第一发电单元、所述第二发电单元和所述摩擦单元均固定于所述支架上，所述第一发电单元和所述第二发电单元均与所述摩擦单元间隔设置，且所述摩擦单元位于所述第一发电单元和所述第二发电单元之间，其中: 所述第一发电单元包括第一电极层和第一驻极体层，所述第一驻极体层层叠于所述第一电极层上，所述第一驻极体层被充负电处理； 所述第二发电单元包括第二电极层和第二驻极体层，所述第二驻极体层层叠于所述第二电极层上，所述第二驻极体层被充负电处理； 所述摩擦单元包括支撑薄膜、第一摩擦层和第二摩擦层，所述支撑薄膜的一端与所述支架固定连接，所述支撑薄膜的另一端在风力的作用下可飘动，所述第一摩擦层和所述第二摩擦层分别层叠于所述支撑薄膜的相对的两个表面上，所述第一摩擦层和第二摩擦层的材料均为导电材料，所述第一摩擦层与所述第一电极层电连接，所述第一摩擦层与所述第一驻极体层相对设置，且所述第一摩擦层与所述第一驻极体层可接触，所述第二摩擦层与所述第二电极层电连接，所述第二摩擦层与所述第二驻极体层相对设置，且所述第二摩擦层与所述第二驻极体层可接触;其中，所述第一摩擦层和所述第二摩擦层随所述支撑薄膜可飘动而使所述第一摩擦层与所述第一电极层之间距离和所述第二摩擦层与所述第二电极层之间的距离均改变，并使所述第一摩擦层与所述第一驻极体层接触，所述第二摩擦层与所述第二驻极体层接触。
【文档编号】H02N1/04GK106026758SQ201610327153
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】汪飞, 吴迎春
【申请人】南方科技大学