复合纳米发电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及纳米新能源领域，具体地，涉及一种复合纳米发电机。
【背景技术】
[0002]目前的纳米发电机可以包括压电纳米发电机和摩擦纳米发电机。压电纳米发电机的基本原理是:当纳米线在外力下动态拉伸或压缩时，纳米线中产生压电势，相应瞬变电流在两端流动以平衡费米能级，从而产生电能。摩擦纳米发电机的基本原理是:利用摩擦在材料表面产生电荷，并使两者分离，从而产生极高的电势，驱动外电路的电子发生定向移动，从而产生电能。
[0003]压电纳米发电机和摩擦纳米发电机均能够从环境中收集微弱的机械能并将其转换为电能。然而，单独的压电纳米发电机的输出电压低，单独的摩擦纳米发电机的输出电流低，因此两者均不能提供高的输出功率密度。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种复合纳米发电机，该复合纳米发电机能够克服单独的压电纳米发电机的输出电压低、单独的摩擦纳米发电机的输出电流低的缺陷，并能够提高该复合纳米发电机的输出功率密度。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型提供一种复合纳米发电机，该复合纳米发电机包括相互堆叠的压电纳米发电机和摩擦纳米发电机，所述压电纳米发电机与所述摩擦纳米发电机之间的间隙通过垫层来实现。
[0006]通过上述技术方案，由于根据本实用新型的复合纳米发电机包括相互堆叠的压电纳米发电机和摩擦纳米发电机，其实际上是一种摩擦压电复合式纳米发电机，因此根据本实用新型的复合纳米发电机能够克服单独的压电纳米发电机的输出电压低、单独的摩擦纳米发电机的输出电流低的缺陷，并能够提高根据本实用新型的复合纳米发电机的输出功率
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[0007]本实用新型的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0008]附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
[0009]图1是根据本实用新型一种实施方式的复合纳米发电机的剖面示意图；
[0010]图2是根据本实用新型又一实施方式的复合纳米发电机的剖面示意图；
[0011]图3是根据本实用新型又一实施方式的复合纳米发电机的剖面示意图；
[0012]图4是根据本实用新型又一实施方式的复合纳米发电机的剖面示意图；
[0013]图5是根据本实用新型又一实施方式的复合纳米发电机的剖面示意图；
[0014]图6是根据本实用新型又一实施方式的复合纳米发电机的剖面示意图；
[0015]图7是根据本实用新型的复合纳米发电机中的压电纳米发电机的一种示例性剖面图；
[0016]图8是根据本实用新型的复合纳米发电机中的摩擦纳米发电机的一种示例性剖面图；
[0017]图9是由图7所示的压电纳米发电机和图8所示的摩擦纳米发电机组成的复合纳米发电机的其中一种结构的剖面示意图；
[0018]图10中示出了图9所示复合纳米发电机的电路连接形式；
[0019]图11是由图7所示的压电纳米发电机和图8所示的摩擦纳米发电机组成的复合纳米发电机的另一结构的剖面示意图；
[0020]图12中示出了图11所示复合纳米发电机的电路连接形式；
[0021]图13是根据本实用新型的复合纳米发电机中的摩擦纳米发电机的又一示例性剖面图；以及
[0022]图14是根据本实用新型的复合纳米发电机中的摩擦纳米发电机的又一示例性剖面图。
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
[0024]本实用新型提供一种复合纳米发电机，如图1所示，该复合纳米发电机包括相互堆叠的压电纳米发电机I和摩擦纳米发电机3，所述压电纳米发电机I与所述摩擦纳米发电机3之间的间隙通过垫层2来实现。
[0025]本实用新型不限制垫层2的具体结构，只要其能够使得压电纳米发电机I与摩擦纳米发电机3之间形成间隙即可。例如，垫层2使压电纳米发电机I与摩擦纳米发电机3之间形成的间隙可以是拱形结构、方形结构等等。另外，本实用新型也不限制垫层2在压电纳米发电机I与摩擦纳米发电机3之间的布置位置，只要其能够使得压电纳米发电机I与摩擦纳米发电机3之间形成间隙即可。
[0026]根据本实用新型的一个优选实施方式，在根据本实用新型的复合纳米发电机中，所述压电纳米发电机I和/或所述摩擦纳米发电机3的数量优选为多个，所述压电纳米发电机I进行堆叠，所述摩擦纳米发电机3进行堆叠，且堆叠后的压电纳米发电机I与堆叠后的摩擦纳米发电机3进行堆叠。以下对此进行详细描述。
[0027]例如，如图2的复合纳米发电机剖面示意图所示，压电纳米发电机I的数量为多个，摩擦纳米发电机3的数量为I个，而且多个压电纳米发电机I相互堆叠后再与摩擦纳米发电机3进行堆叠，且在摩擦纳米发电机3与堆叠后的压电纳米发电机I之间通过垫层2形成间隙。
[0028]再例如，如图3的复合纳米发电机剖面示意图所示，压电纳米发电机I的数量为I个，摩擦纳米发电机3的数量为多个，而且多个摩擦纳米发电机3相互堆叠后再与压电纳米发电机I进行堆叠，且在压电纳米发电机I与堆叠后的摩擦纳米发电机3之间通过垫层2形成间隙。
[0029]再例如，如图4的复合纳米发电机剖面示意图所示，压电纳米发电机I的数量为多个，摩擦纳米发电机3的数量为多个，而且多个摩擦纳米发电机3相互堆叠，多个压电纳米发电机I相互堆叠，然后堆叠后的压电纳米发电机I与堆叠后的摩擦纳米发电机3进行堆叠，且在堆叠后的压电纳米发电机I与堆叠后的摩擦纳米发电机3之间通过垫层2形成间隙。
[0030]根据本实用新型的又一优选实施方式，如图5所示，所述压电纳米发电机I和所述摩擦纳米发电机3的数量均为多个，且所述压电纳米发电机I与所述摩擦纳米发电机3交叉堆叠，在摩擦纳米发电机3与压电纳米发电机I之间通过垫层2形成间隙。
[0031]在根据本实用新型的又一优选实施方式中，还可以对图5所示的复合纳米发电机进行变型以得到如图6所示的复合纳米发电机的剖面示意图，也即，可以先将多个压电纳米发电机I进行堆叠以得到多层压电纳米发电机、将多个摩擦纳米发电机3进行堆叠以得到多层摩擦纳米发电机，然后将多层压电纳米发电机与多层摩擦纳米发电机进行交叉堆叠，另夕卜，在多层摩擦纳米发电机与多层压电纳米发电机之间通过垫层2形成间隙。
[0032]优选地，在根据本实用新型的复合纳米发电机中，压电纳米发电机I的结构可以采用如图7的剖面示意图所示的结构，其中，该压电纳米发电机I可以包括依次堆叠的第一压电电极层11、压电材料层12和第二压电电极层13。第一压电电极层11和第二压电电极层13可以由诸如金属、金属合金、金属氧化物(例如氧化铟)等导电材料形成，其厚度可以为1nm到10mm。压电材料层12可以由锆钛酸铅(PZT)、氧化锌、聚偏氟乙烯(PVDF)等压电陶瓷以及氧化物或聚合物等材料形成。另外，压电纳米发电机I的压电极化方向可上可下，本实用新型对此不进行限制。
[0033]应当理解的是，上述压电纳米发电机I的结构仅是示例，实际上，本实用新型对压电纳米发电机I的具体结构不进行限制，也即任何结构的压电纳米发电机结构均可应用于根据本实用新型的复合纳米发电机的结构中。
[0034]优选地，在根据本实用新型的复合纳米发电机中，如图8所示，所述摩擦纳米发电机3可以包括依次堆叠的摩擦材料层31和摩擦感应电极层32。摩擦感应电极层32可以由金属、金属合金、金属氧化物(例如氧化铟)等导电材料形成，其厚度可以为1nm到10mm。摩擦材料层31优选由得电子能力较强的材料形成，例如可以为高分子聚合物材料，诸如聚四氟乙烯、聚酰亚胺等介质材料。另外，如图8所示，所述摩擦纳米发电机I还可以进一步包括与所述摩擦感应电极层32堆叠的支撑层33。支撑层33可以由聚合物，诸如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等材料形成。
[0035]由图7所示的压电纳米发电机I和图8所示的摩擦纳米发电机3组成的复合纳米发电机的其中一种结构的剖面示意图请见图9所示。
[0036]以下以图9所示的复合纳米发电机为例来描述根据本实用新型的复合纳米发电机的工作原理:当压电纳米发电机I受到外界机械刺激时，压电材料层12发生形变从而在该压电材料层12的上下表面上产生电势差，并使得第一压电电极层11和第二压电电极层13的表面上感应出相反的电荷，在外电路接通的情况下就会发生电荷定向移动并形成电流，从而输出电能；与此同时，压电纳米发电机I的形变使得第二压电电极层13与摩擦纳米发电机3中的摩擦材料层31发生接触，从而导致电子的分离与转移，使得摩擦材料层31的表面带上负电荷，从而感应其下方的摩擦感应电极层32产生正电荷，并通过外电路排走电极中的负电荷形成电荷的定向移动，从而输出电能。这样就实现了根据本实用新型的复合纳米发电机利用机械能进行发电的目的。
[0037]另外，图10中示出了图9所示复合纳米发电机的电