波浪形复合薄膜及其成型设备、成型方法和摩擦发电机与流程

本发明涉及发电技术领域，特别涉及一种波浪形复合薄膜及其成型设备、成型方法和摩擦发电机。

背景技术：

摩擦发电机(TENG)是一种基于纳米级摩擦电效应的、能够将外界环境的机械能转换为电能的能量收集器件，是由美国佐治亚理工学院王中林教授首次发明的。

摩擦发电机的基本原理为：利用摩擦在材料表面产生电荷，并将产生的电荷中的正、负电荷进行分离，以产生较高的电势，并利用电势驱动外电路的电子发生定向移动，以在外电路中产生电流。从而，通过摩擦发电机可将从环境中收集的微弱机械能转化为电能并加以利用。

多层复合薄膜可作为摩擦发电机的基材，用于实现微小机械能到电能的转换。但在实际应用过程中，表面平整、光滑的多层复合薄膜虽具备发电机基材的最基本要求，但存在收集的冲击能量(即突然发生的剧烈震动产生的机械能)较少，使得摩擦发电机输出的电荷量较小的缺陷。

因此，需要提供一种多层复合薄膜，该多层复合薄膜能够增大摩擦发电机收集的冲击能量，以增大摩擦发电机的电荷转移量。

技术实现要素：

本发明提供了一种波浪形复合薄膜及其成型设备、成型方法和摩擦发电机，该摩擦发电机包括波浪形复合薄膜，该波浪形复合薄膜能够增大摩擦发电机收集的冲击能量，进而增大摩擦发电机的电荷转移量。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种用于摩擦发电机的波浪形复合薄膜，该波浪形复合薄膜具有多层层状结构，且沿所述波浪形复合薄膜的长度延伸方向，所述波浪形复合薄膜的横截面为波浪形。

由于波浪形复合薄膜沿长度延伸方向的横截面为波浪形，与现有技术中表面平整、光滑的多层复合薄膜相比，波浪形复合薄膜因连续的弯曲变形不仅增大了表面积，而且还增大了波浪形复合薄膜在厚度延伸方向的弹性，因此，波浪形复合薄膜用于摩擦发电机、且在弹性形变过程中增大了接触摩擦的面积，进而增大摩擦发电机收集的冲击能量以及摩擦发电机的电荷转移量，并且能够使摩擦发电机的电荷转移量增大2～5倍。

因此，该波浪形复合薄膜能够增大摩擦发电机收集的冲击能量，进而增大摩擦发电机的电荷转移量。

优选地，沿所述波浪形复合薄膜的长度延伸方向，所述波浪形复合薄膜的横截面为正弦波形。

优选地，所述正弦波形的振幅为0.5mm～4mm，所述正弦波形的半峰宽为0.5mm～3mm。

优选地，所述波浪形复合薄膜的厚度为10μm～400μm。

优选地，所述波浪形复合薄膜为由有机聚合物层夹设金属层形成的三层层状结构。

优选地，所述有机聚合物层为聚氯乙烯层，所述金属层为铝层。

另外，本发明提供了一种摩擦发电机，该摩擦发电机包括上述技术方案提供的任意一种波浪形复合薄膜。

本发明还提供了一种上述技术方案提供的任意一种波浪形复合薄膜的成型设备，该成型设备包括：

预热装置，所述预热装置用于对具有多层层状结构的复合薄膜进行预热；

滚压成型装置，所述滚压成型装置用于对经过预热的所述复合薄膜进行滚压成型，以使所述复合薄膜形成横截面为波浪形的波浪形复合薄膜；

冷却定型装置，所述冷却定型装置用于对滚压成型后的所述波浪形复合薄膜进行冷却和定型；

以及与所述预热装置、所述滚压成型装置、所述冷却定型装置之间分别信号连接的控制装置，所述控制装置用于控制所述预热装置、所述滚压成型装置和所述冷却定型装置动作。

优选地，所述预热装置包括工作台以及第一加热组件；所述第一加热组件用于加热位于所述工作台顶部表面的所述复合薄膜；所述控制装置与所述第一加热组件之间信号连接，以控制所述第一加热组件的加热温度。

优选地，所述滚压成型装置包括机架、旋转轴线相互平行设置且安装于所述机架的一对滚压件、与至少一个滚压件传动连接的驱动组件、以及用于加热经所述预热装置预热的所述复合薄膜的第二加热组件；

所述控制装置与所述驱动组件之间信号连接，以驱动所述一对滚压件中的至少一个滚压件绕自身的旋转轴线转动；

所述控制装置与所述第二加热组件之间信号连接，以控制所述第二加热组件的加热温度。

优选地，所述驱动组件为步进电机。

优选地，每个滚压件为由金属材料制成的齿轮。

优选地，所述第二加热组件包括设置于每个所述滚压件的轴心孔内的第二加热元件。

优选地，所述冷却定型装置包括用于向滚压成型的所述波浪形复合薄膜提供冷却介质、以使所述波浪形复合薄膜冷却定型的冷却介质供给组件。

优选地，所述控制装置包括信号连接的控制器和人机交互界面，所述控制器与所述预热装置、所述滚压成型装置、所述冷却定型装置之间信号连接，所述人机交互界面用于向所述控制器输入控制信号，并显示所述控制器的各项运行参数。

此外，本发明还提供了一种上述技术方案提供的任意一种波浪形复合薄膜的成型方法，该成型方法包括以下步骤：

预热具有多层层状结构的复合薄膜；

对预热的所述复合薄膜进行滚压成型，以形成波浪形复合薄膜；

对形成的所述波浪形复合薄膜进行冷却定型。

优选地，在预热具有多层层状结构的复合薄膜中，预热温度为20℃～300℃。

优选地，在对形成的所述波浪形复合薄膜进行冷却定型中，通过向滚压成型的所述波浪形复合薄膜提供冷却介质、以使所述波浪形复合薄膜冷却定型。

附图说明

图1为本发明一种实施例提供的波浪形复合薄膜的结构示意图；

图2为本发明一种实施例提供的波浪形复合薄膜的成型设备的结构示意图；

图3为图2中结构所示的成型设备的工作原理示意图；

图4为本发明一种实施例提供的波浪形复合薄膜的成型方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种波浪形复合薄膜及其成型设备、成型方法和摩擦发电机，上述波浪形复合薄膜的成型设备包括预热装置、滚压成型装置、冷却定型装置以及控制装置，上述摩擦发电机包括波浪形复合薄膜，该波浪形复合薄膜能够增大摩擦发电机收集的冲击能量，进而增大摩擦发电机的电荷转移量。

其中，请参考图1以及图2，本发明一种实施例提供的用于摩擦发电机的波浪形复合薄膜1，该波浪形复合薄膜1具有多层层状结构，且沿波浪形复合薄膜1的长度延伸方向，波浪形复合薄膜1的横截面为波浪形。

由于波浪形复合薄膜1沿长度延伸方向的横截面为波浪形，与现有技术中表面平整、光滑的多层复合薄膜相比，波浪形复合薄膜1因连续的弯曲变形不仅增大了表面积，而且还增大了波浪形复合薄膜1在厚度延伸方向的弹性，因此，波浪形复合薄膜1用于摩擦发电机、且在弹性形变过程中增大了接触摩擦的面积，进而增大摩擦发电机收集的冲击能量以及摩擦发电机的电荷转移量，并且能够使摩擦发电机的电荷转移量增大2～5倍。

因此，该波浪形复合薄膜1能够增大摩擦发电机收集的冲击能量，进而增大摩擦发电机的电荷转移量。

一种具体的实施方式中，沿波浪形复合薄膜1的长度延伸方向，波浪形复合薄膜1的横截面为正弦波形。波浪形复合薄膜1的横截面形状不局限于正弦波形，也可以为能够解决现有技术问题的任何其他形状。

具体地，当波浪形复合薄膜1的横截面为正弦波形时，正弦波形的振幅可以为0.5mm～4mm，正弦波形的半峰宽可以为0.5mm～3mm。

在波浪形复合薄膜1的具体使用过程中，可以根据摩擦发电机的实际需要选择波浪形复合薄膜1的正弦波形的振幅及半峰宽；如，正弦波形的振幅可以为0.5mm、0.8mm、1.0mm、1.5mm、2mm、2.3mm、2.5mm、2.8mm、3mm、3.2mm、3.5mm、4mm，正弦波形的半峰宽可以为0.5mm、0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.5mm、1.8mm、2mm、2.3mm、2.5mm、2.8mm、3mm。

同时，波浪形复合薄膜1的厚度可以为10μm～400μm。

在波浪形复合薄膜1的具体使用过程中，可以根据摩擦发电机的实际需要选择波浪形复合薄膜1的厚度，厚度可以为10μm、30μm、50μm、80μm、100μm、120μm、150μm、175μm、200μm、225μm、250μm、280μm、300μm、320μm、350μm、400μm。

更进一步地，波浪形复合薄膜1为由有机聚合物层11夹设金属层12形成的三层层状结构，如图1结构所示的波浪形复合薄膜1为三层层状结构，包括两层有机聚合物层11以及被两层有机聚合物层11夹设在中间的金属层12。

为了提高波浪形复合薄膜1用于摩擦发电机时的综合发电性能，有机聚合物层11可以为聚氯乙烯层，金属层12可以为铝层。

另外，本发明实施例还提供了一种摩擦发电机，该摩擦发电机包括上述实施例中的任意一种波浪形复合薄膜1。

由于摩擦发电机采用上述波浪形复合薄膜1，因此，波浪形复合薄膜1用于摩擦发电机时能够在弹性形变过程中增大接触摩擦面积，进而增大摩擦发电机收集的冲击能量以及摩擦发电机的电荷转移量，并且能够使摩擦发电机的电荷转移量增大2～5倍。

因此，该摩擦发电机能够增大电荷转移量。

同时，由于摩擦发电机自身具有体积小、重量轻、电荷转移量大、密封性能好、防水性能好的特点，因此，摩擦发电机可以作为可穿戴电子设备的供能器件使用，当然，也不限于可穿戴电子设备领域，也可以用于满足使用要求的其他技术领域。

为了制备上述波浪形复合薄膜1，如图2以及图3结构所示，本发明实施例还提供了一种上述实施例中任意一种波浪形复合薄膜1的成型设备2，该成型设备2包括：

预热装置21，预热装置21用于对具有多层层状结构的复合薄膜A进行预热；

滚压成型装置22，滚压成型装置22用于对经过预热的复合薄膜A进行滚压成型，以使复合薄膜A形成横截面为波浪形的波浪形复合薄膜1；

冷却定型装置23，冷却定型装置23用于对滚压成型后的波浪形复合薄膜1进行冷却和定型；

以及与预热装置21、滚压成型装置22、冷却定型装置23之间分别信号连接的控制装置24，控制装置24用于控制预热装置21、滚压成型装置22和冷却定型装置23动作。

如图2结构所示，上述成型设备2包括依次设置的预热装置21、滚压成型装置22以及冷却定型装置23，还包括设置于滚压成型装置22顶部的控制装置24，控制装置24与预热装置21、滚压成型装置22、冷却定型装置23之间分别信号连接，用于控制预热装置21、滚压成型装置22、冷却定型装置23动作。预热装置21可包括用于进料的工作台211以及对复合薄膜A进行加热的第一加热组件212。滚压成型装置22可包括机架221、安装于机架221的一对齿轮、用于驱动至少一个齿轮转动的驱动组件以及用于加热的第二加热组件223。冷却定型装置23可包括用于向滚压成型的波浪形复合薄膜1提供冷却介质232、以使波浪形复合薄膜1冷却定型的冷却介质供给组件231，还可以包括用于输送波浪形复合薄膜1的出料平台233。控制装置24可包括设置于机架221顶部的控制器241和人机交互界面242，控制装置24通过人机交互界面输入输出各种控制参数，并通过控制器241对预热装置21、滚压成型装置22、冷却定型装置23分别进行控制。

采用上述成型设备2制备波浪形复合薄膜1的具体工艺过程如下：通过控制装置24控制预热装置21工作，将复合薄膜A加热到预定温度；通过控制装置24控制滚压成型装置动作，对经过预热的复合薄膜A进行滚压成型，以形成波浪形复合薄膜1；通过控制装置24控制冷却定型装置23动作，对形成的波浪形复合薄膜1进行冷却、定型，以形成满足摩擦发电机的使用需求的波浪形复合薄膜1。

一种具体的实施方式中，如图2结构所示，预热装置21包括工作台211以及第一加热组件212；第一加热组件212用于加热位于工作台211顶部表面的复合薄膜A；控制装置24与第一加热组件212之间信号连接，以控制第一加热组件212的加热温度。

为了方便控制加热温度，上述第一加热组件212可以为电加热组件。

为了能够精确地控制复合薄膜A的进料和定位，上述预热装置21还可以包括用于对复合薄膜A进行定位的定位组件以及用于输送复合薄膜A的输送组件，通过定位组件和输送组件与控制装置24之间的信号连接，可以通过控制装置24控制定位组件及输送组件实现自动化运行，实现复合薄膜A进料的自动化，进而降低工人的劳动强度，并提高生产效率及生产安全性。

具体地，如图2结构所示，滚压成型装置22包括机架221、旋转轴线相互平行设置且安装于机架221的一对滚压件222、与至少一个滚压件222传动连接的驱动组件、以及用于加热经预热装置21预热的复合薄膜A的第二加热组件223；如图2结构所示的滚压件222可以为带有齿的齿轮，第二加热组件223可以设置在滚压件222的旋转轴线位置；

控制装置24与驱动组件之间信号连接，以驱动一对滚压件222中的至少一个滚压件222绕自身的旋转轴线转动；驱动组件可以驱动其中一个滚压件222转动，通过该滚压件222与另一个滚压件222的相互啮合带动另一个滚压件222相对转动，也可以同时驱动一对滚压件222同步相对转动，实现滚压件222对复合薄膜A的滚压成型；

控制装置24与第二加热组件223之间信号连接，以控制第二加热组件223的加热温度。

上述滚压成型装置22在具体使用过程中，通过控制装置24控制驱动组件动作，通过驱动组件驱动使一对滚压件222相对转动，在驱动滚压件222转动的同时，通过控制装置控制第二加热组件223对滚压件222进行加热，使滚压件222保持一定温度，并将热量传递到位于滚压件222之间的复合薄膜A，使复合薄膜A在保持一定温度的同时滚压成型。

为了便于控制滚压成型装置22的滚压件222，上述驱动组件可以为步进电机。通过控制装置24对步进电机的控制，实现滚压件222的有规律的转动，进而实现预定形状的波浪形复合薄膜1。驱动组件可以为步进电机，也可以为直流电机、变频电机等其它类型的电机或驱动组件。

同时，驱动组件与滚压件222之间的传动连接可以采用带传动、齿轮传动、链传动等各种传动连接方式。

为了能够使波浪形复合薄膜1快速成型，每个滚压件222可以为由金属材料制成的齿轮。同时，由于齿轮较为常见，因此，使用齿轮进行滚压成型还可以降低成型设备的复杂程度及制造成本。

为了在滚压成型过程中防止因滚压件222与复合薄膜A的温度不同产生不理影响，使滚压件222与复合薄膜A具有同样的温度，第二加热组件223包括设置于每个滚压件222的轴心孔内的第二加热元件。

第二加热组件223通过设置于每个滚压件222的轴心孔内的第二加热元件进行加热，在加热滚压件222的同时，通过滚压件222将热量传递到复合薄膜A，使复合薄膜A在保持设定温度的条件下进行滚压成型，以保证成型质量。

为了使滚压成型的波浪形复合薄膜1尽快冷却定型，如图2结构所示，冷却定型装置23包括用于向滚压成型的波浪形复合薄膜1提供冷却介质232、以使波浪形复合薄膜1冷却定型的冷却介质供给组件231。

上述冷却介质供给组件231可以包括存储冷却介质232的容器、输送冷却介质232的管路、使冷却介质232循环流动的泵装置、以及与波浪形复合薄膜1相对且用于喷射冷却介质232的多个喷嘴；如图2中所示的具有多个喷嘴的冷却介质供给组件231，通过多个喷嘴向成型后的波浪形复合薄膜1喷射冷却介质232，以使成型后的波浪形复合薄膜1迅速冷却、定型。

在上述成型设备2的各种实施例的基础上，如图2结构所示，控制装置24可以包括信号连接的控制器241和人机交互界面242，控制器241与预热装置21、滚压成型装置22、冷却定型装置23之间信号连接，人机交互界面242用于向控制器241输入控制信号，并显示控制器241的各项运行参数。

由于控制装置24设有人机交互界面242，并且人机交互界面242可向控制器241输入控制信号且显示控制器的各项运行参数，因此，成型设备2在实际工作过程中，工作人员可实时了解成型设备2的运行情况、直观地掌握机器的各项运行参数，便于根据实际生产条件及实际需求实时调节运行参数，以满足实际生产的需要，并可避免不良情况的产生。上述人机交互界面可以为触摸显示屏等具有输入输出的设备。

上述成型设备2在具体使用过程中，可以根据成型产品的具体参数通过控制装置24调节加工过程中需要的各种加工参数，以成型不同的产品，并且可以根据实际需要更换滚压成型装置22中的滚压件222以形成不同的产品；上述成型设备2除可以成型多层产品外，还可以成型单层薄膜等单层产品，也可以成型双层薄膜等双层产品。

此外，如图4所示，本发明实施例还提供了一种上述实施例中任意一种波浪形复合薄膜1的成型方法，该成型方法包括以下步骤：

步骤S110，预热具有多层层状结构的复合薄膜A；

步骤S120，对预热的复合薄膜A进行滚压成型，以形成波浪形复合薄膜1；

步骤S130，对形成的波浪形复合薄膜1进行冷却定型。

具体地，在预热具有多层层状结构的复合薄膜A的步骤S110中，预热温度为20℃～300℃。

并且，在对形成的波浪形复合薄膜1进行冷却定型的步骤S130中，通过向滚压成型的波浪形复合薄膜1提供冷却介质232、以使波浪形复合薄膜1冷却定型。

采用上述成型方法成型波浪形复合薄膜1的过程中可以通过上述成型设备2进行，即：

步骤S110，通过预热装置21预热具有多层层状结构的复合薄膜A；

步骤S120，通过滚压成型装置22对预热的复合薄膜A进行滚压成型，以形成波浪形复合薄膜1；

步骤S130，通过冷却定型装置23对形成的波浪形复合薄膜1进行冷却定型。

同理，上述成型方法不限于形成上述波浪形复合薄膜1，还可以用来成型单层薄膜等单层产品，也可以用来成型双层薄膜等双层产品，所有采用该成型方法的技术方案均在本发明的保护范围之内。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。