路连接形式。其中，压电纳米发电机I的第二压电电极层13作为公共电极，该公共电极分别与第一压电电极层11构成压电纳米发电机I的两极，并与整流电路41相连，第二压电电极层13同时与摩擦纳米发电机3的摩擦感应电极层32构成摩擦纳米发电机3的两极，并与整流电路42相连;最后，可将整流电路41和42的输出端并联即可。
[0038]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另一结构的剖面示意图请见图11所示。该复合纳米发电机包括压电纳米发电机1、摩擦纳米发电机3以及垫层2，其中，压电纳米发电机I包括依次堆叠的第一压电电极层11、第一压电材料层12、第二压电电极层13、第二压电材料层15和第三压电电极层14，摩擦纳米发电机3包括依次堆叠的摩擦材料层31、摩擦感应电极层32和支撑层33。第一压电电极层11、第二压电电极层13和第三压电电极层14以及摩擦感应电极层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。第一压电材料层12和第二压电材料层15可以由锆钛酸铅(PZT)、氧化锌、PVDF等压电陶瓷、氧化物或聚合物等形成，同时，第一压电材料层12与第二压电材料层15的极化方向相反。第二压电电极层13为压电纳米发电机I的一个输出端，第一压电电极层11和第三压电电极层14为压电纳米发电机I的另一个输出端。摩擦材料层31优选得电子能力较强的材料，如聚四氟乙烯、聚酰亚胺等介质材料形成。支撑层33可以由聚合物，诸如PET、PMMA等材料形成。
[0039]图11所示的复合纳米发电机的工作原理为:当该纳米发电机受到外界机械刺激时，第一压电材料层12和第二压电材料层15发生形变并分别在其上下表面上产生电势差，第二压电电极层13和第三压电电极层14的电势接近，第一压电电极层11的电势与第二压电电极层13和第三压电电极层14的电势相反，在外电路接通的情况下电荷从第一压电电极层11定向移动至第二压电电极层13和第三压电电极层14(或者方向相反)，从而形成电流并输出电能；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的表面带上负电荷并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。
[0040]另外，图12中示出了图11所示复合纳米发电机的电路连接形式。其中，第二压电电极层13和第三压电电极层14连接，其与第一压电电极层11构成压电纳米发电机I的两极，并与整流电路51相连;第二压电电极层13和第三压电电极层14同时与摩擦感应电极层32构成摩擦纳米发电机3的两极，并与整流电路52相连;最后，将整流电路51和52的输出端并联。
[0041]另外，应当理解的是，虽然在结合图9和图11的复合纳米发电机结构来描述根据本实用新型的复合纳米发电机的工作原理时，是压电纳米发电机I中的压电材料层发生形变来使摩擦纳米发电机3中的摩擦材料层31与摩擦感应电极层32之间发生接触与分离;但是，在实际的发电过程中，也可以是摩擦纳米发电机3中的摩擦材料层31与摩擦感应电极层32在外力作用下发生形变，对压电纳米发电机I中的压电材料层进行挤压，形成压电发电。这两种发电形式都是可行的。
[0042]在根据本实用新型的又一优选实施方式中，所述摩擦纳米发电机3还可以为单层波浪形摩擦纳米发电机，其剖面图如图13所示。该单层波浪形摩擦纳米发电机可以包括依次堆叠的第一摩擦感应电极层61、第一摩擦材料层62、第一摩擦电极层63、第一支撑层64、第二摩擦电极层65、第二摩擦材料层66和第二摩擦感应电极层67。其中，第一摩擦电极层63、第一支撑层64和第二摩擦电极层653构成了波浪形结构。第一摩擦感应电极层61、第一摩擦电极层63、第二摩擦电极层65和第二摩擦感应电极层67由导电材料形成，例如金属、金属合金、金属氧化物(例如氧化铟锡)等，其厚度可以为I Onm到Imm。第一摩擦材料层62和第二摩擦材料层66可以由得电子能力强的材料形成，例如聚四氟乙烯、聚酰亚胺或聚氯乙烯等介质材料。第一支撑层64可以由柔韧材料形成，例如聚酰亚胺、聚氯乙烯等。
[0043]在根据本实用新型的又一优选实施方式中，摩擦纳米发电机3还可以为由图13所示的单层波浪形摩擦纳米发电机构成的多层波浪形摩擦纳米发电机，其剖面图如图14所示。而且，优选地，相邻的单层波浪形摩擦纳米发电机共用同一个摩擦感应电极层，例如，在图14中，第二摩擦感应电极层67是被相邻的单层波浪形摩擦纳米发电机共用的，这样，就能够使得多层波浪形摩擦纳米发电机的结构更为紧凑，且不影响多层波浪形摩擦纳米发电机的输出功率。
[0044]应当理解的是，本实用新型中给出的摩擦纳米发电机3的结构仅是示例，实际上，本实用新型对摩擦纳米发电机3的具体结构不进行限制，也即任何结构的摩擦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。
[0045]以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0046]此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
【主权项】
1.一种复合纳米发电机，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的复合纳米发电机，其特征在于，所述压电纳米发电机和/或所述摩擦纳米发电机的数量为多个，所述压电纳米发电机进行堆叠，所述摩擦纳米发电机进行堆叠，且堆叠后的压电纳米发电机与堆叠后的摩擦纳米发电机进行堆叠。3.根据权利要求1所述的复合纳米发电机，其特征在于，所述压电纳米发电机和所述摩擦纳米发电机的数量为多个，且所述压电纳米发电机与所述摩擦纳米发电机交叉堆叠。4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的复合纳米发电机，其特征在于，所述压电纳米发电机包括依次堆叠的第一压电电极层、压电材料层和第二压电电极层。5.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的复合纳米发电机，其特征在于，所述压电纳米发电机包括依次堆叠的第一压电电极层、第一压电材料层、第二压电电极层、第二压电材料层和第三压电电极层； 其中，所述第一压电材料层与所述第二压电材料层的极化方向相反;所述第二压电电极层为所述压电纳米发电机的一个输出端，所述第一压电电极层和所述第三压电电极层为所述压电纳米发电机的另一个输出端。6.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的复合纳米发电机，其特征在于，所述摩擦纳米发电机包括依次堆叠的摩擦材料层和摩擦感应电极层。7.根据权利要求6所述的复合纳米发电机，其特征在于，所述摩擦纳米发电机还包括与所述摩擦感应电极层堆叠的支撑层。8.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的复合纳米发电机，其特征在于，所述摩擦纳米发电机为单层波浪形摩擦纳米发电机，所述单层波浪形摩擦纳米发电机包括依次堆叠的第一摩擦感应电极层、第一摩擦材料层、第一摩擦电极层、第一支撑层、第二摩擦电极层、第二摩擦材料层和第二摩擦感应电极层;其中，所述第一摩擦电极层、所述第一支撑层和所述第二摩擦电极层构成了波浪形结构。9.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的复合纳米发电机，其特征在于，所述摩擦纳米发电机为多层波浪形摩擦纳米发电机，该多层波浪形摩擦纳米发电机包括多个单层波浪形摩擦纳米发电机，每个单层波浪形摩擦纳米发电机包括依次堆叠的第一摩擦感应电极层、第一摩擦材料层、第一摩擦电极层、第一支撑层、第二摩擦电极层、第二摩擦材料层和第二摩擦感应电极层;其中，所述第一摩擦电极层、所述第一支撑层和所述第二摩擦电极层构成了波浪形结构。10.根据权利要求9所述的复合纳米发电机，其特征在于，相邻的单层波浪形摩擦纳米发电机共用同一个摩擦感应电极层。11.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的复合纳米发电机，其特征在于，所述压电纳米发电机与所述摩擦纳米发电机之间形成的间隙是拱形结构或方形结构。
【专利摘要】本实用新型涉及纳米新能源领域，公开了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。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。
【IPC分类】H02N2/18, H02N1/04
【公开号】CN205195598
【申请号】CN201521077555
【发明人】唐伟, 王中林, 刘龙, 骆健俊, 张弛
【申请人】北京纳米能源与系统研究所
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2015年12月22日