具有嵌入式电极结构的摩擦发电机及氧化锌发电机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及纳米技术领域，具体涉及一种具有嵌入式电极结构的摩擦发电机及氧 化锌发电机。
【背景技术】
[0002] 能源短缺是当今人类社会面临的重大问题，为了应对这一问题，科学家们利用电 磁、压电、静电等原理研制了发电机，通过收集机械能并将机械能转换为电能。其中，摩擦发 电机就是利用摩擦层之间的相互摩擦起电效应，使与摩擦层接触的电极产生感应电荷，从 而输出电能。然而摩擦发电机的发电效率却相对较低，从而限制了摩擦发电机在各方面的 应用。另外，氧化锌发电机也同样存在着发电效率低的问题。
[0003] 因此，人们试图通过各种方式来提高摩擦发电机和氧化锌发电机的发电效率。例 如，针对摩擦发电机，人们通过增大摩擦层之间的摩擦面积、加大摩擦力度、加快摩擦频率 等方式来提高摩擦发电机的发电效率，但是上述方式对于摩擦发电机的发电效率的提高是 有限的。如何能够进一步提高摩擦发电机及氧化锌发电机的发电效率是人们需要解决的问 题。
【发明内容】
[0004] 本发明的发明目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种具有嵌入式电极结构的摩 擦发电机及氧化锌发电机，用于解决现有技术中的摩擦发电机及氧化锌发电机发电效率低 的问题。
[0005] 根据本发明的一个方面，提供一种具有嵌入式电极结构的摩擦发电机，包括：层叠 设置的第一薄膜层和第二薄膜层；第一薄膜层由第一电极和第一聚合物薄膜组成，其中，第 一聚合物薄膜与第二薄膜层相对设置的两个表面之间形成摩擦界面；在第一薄膜层中，第 一电极的部分结构嵌入至第一聚合物薄膜中。
[0006] 进一步，第一电极包含第一外电极层和至少一层第一内电极分层；第一外电极层 位于第一聚合物薄膜表面，作为摩擦发电机的输出电极；至少一层第一内电极分层位于第 一聚合物薄膜内部；第一外电极层与至少一层第一内电极分层电性连接。
[0007] 进一步，第一电极朝向第一聚合物薄膜的一侧表面具有多个第一凸起部；第一聚 合物薄膜朝向第一电极的一侧表面具有多个第一凹陷部；多个第一凸起部嵌入到多个第一 凹陷部中。
[0008] 进一步，第一凸起部为棱柱状或棱锥状。
[0009] 进一步，第二薄膜层至少包含第二电极；第一电极和第二电极为摩擦发电机的输 出电极。
[0010] 进一步，第二薄膜层还包含第二聚合物薄膜，第二聚合物薄膜设置在第二电极与 第一薄膜层相对的一侧表面上。
[0011] 进一步，在第二薄膜层中，第二电极的部分结构嵌入至第二聚合物薄膜中。
[0012] 进一步，第二电极包含第二外电极层和至少一层第二内电极分层；第二外电极层 位于第二聚合物薄膜表面，作为摩擦发电机的输出电极；至少一层第二内电极分层位于第 二聚合物薄膜内部；第二外电极层与至少一层第二内电极分层电性连接。
[0013] 进一步，第二电极朝向第二聚合物薄膜的一侧表面具有多个第二凸起部；第二聚 合物薄膜朝向第二电极的一侧表面具有多个第二凹陷部；多个第二凸起部嵌入到多个第二 凹陷部中。
[0014] 进一步，第二凸起部为棱柱状或棱锥状。
[0015] 进一步，摩擦发电机还包括：居间层；居间层设置在第一薄膜层和第二薄膜层之 间。
[0016] 根据本发明的另一个方面，提供一种具有嵌入式电极结构的氧化锌发电机，包括： 依次层叠设置的第一薄膜层、氧化锌纳米线阵列、第二电极和基底；其中，第一薄膜层由第 一电极和第一聚合物薄膜组成，其中第一聚合物薄膜与氧化锌纳米线阵列接触；第一薄膜 层为氧化锌发电机中覆盖在氧化锌纳米线阵列上的一层感应电极层；在第一薄膜层中，第 一电极的部分结构嵌入至第一聚合物薄膜中；第一电极和第二电极为氧化锌发电机的输出 电极。
[0017] 进一步，第一电极包含第一外电极层和至少一层第一内电极分层；第一外电极层 位于第一聚合物薄膜表面，作为氧化锌发电机的输出电极；至少一层第一内电极分层位于 第一聚合物薄膜内部；第一外电极层与至少一层第一内电极分层电性连接。
[0018] 进一步，第一电极朝向第一聚合物薄膜的一侧表面具有多个第一凸起部；第一聚 合物薄膜朝向第一电极的一侧表面具有多个第一凹陷部；多个第一凸起部嵌入到多个第一 凹陷部中。
[0019] 进一步，第一凸起部为棱柱状或棱锥状。
[0020] 根据本发明提供的技术方案，摩擦发电机及氧化锌发电机都包括由第一电极和第 一聚合物薄膜组成的第一薄膜层，并将第一电极的部分结构嵌入至第一聚合物薄膜的内 部，从而增加了第一电极和第一聚合物薄膜的接触面积，进而增加了第一薄膜层产生的感 应电荷量，提高了摩擦发电机和氧化锌发电机的输出电流及发电效率。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明提供的第一薄膜层实施例一的截面结构示意图；
[0022] 图2为本发明提供的第一薄膜层实施例二的截面结构示意图；
[0023] 图3为本发明提供的第一薄膜层实施例三的截面结构示意图；
[0024] 图4为本发明提供的第一薄膜层实施例四的截面结构示意图；
[0025] 图5为本发明提供的具有嵌入式电极结构的摩擦发电机实施例一的截面结构示 意图；
[0026] 图6为本发明提供的具有嵌入式电极结构的摩擦发电机实施例二的截面结构示 意图；
[0027] 图7为本发明提供的具有嵌入式电极结构的摩擦发电机实施例三的截面结构示 意图；
[0028] 图8为本发明提供的具有嵌入式电极结构的摩擦发电机实施例四的截面结构示 意图；
[0029] 图9为本发明提供的具有嵌入式电极结构的摩擦发电机实施例五的截面结构示 意图；
[0030] 图10为本发明提供的具有嵌入式电极结构的摩擦发电机实施例六的截面结构示 意图；
[0031] 图11为本发明提供的具有嵌入式电极结构的摩擦发电机实施例七的截面结构示 意图；
[0032] 图12为本发明提供的具有嵌入式电极结构的摩擦发电机实施例八的截面结构示 意图；
[0033] 图13为本发明提供的具有嵌入式电极结构的摩擦发电机实施例九的截面结构示 意图；
[0034] 图14为本发明提供的具有嵌入式电极结构的氧化锌发电机实施例的截面结构示 意图；
[0035] 图15为与摩擦发电机实施例九相对应的原始结构的摩擦发电机的截面结构示意 图；
[0036] 图16为两个摩擦发电机开路电压的测试数据；
[0037] 图17为两个摩擦发电机短路电流的测试数据。
【具体实施方式】
[0038] 为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详 细说明，但本发明并不仅仅限于此。
[0039] 根据本发明的一个方面，提供了一种具有嵌入式电极结构的摩擦发电机，包括：层 叠设置的第一薄膜层和第二薄膜层；第一薄膜层由第一电极和第一聚合物薄膜组成，第一 聚合物薄膜与第二薄膜层相对设置的两个表面之间形成摩擦界面。在第一薄膜层中，第一 电极的部分结构嵌入至第一聚合物薄膜中。
[0040] 将第一电极的部分结构嵌入至第一聚合物薄膜中的方式可以有许多种。具体地 说，第一电极可包含第一外电极层和至少一层第一内电极分层，其中，第一外电极层位于第 一聚合物薄膜表面，作为摩擦发电机的输出电极，至少一层第一内电极分层位于第一聚合 物薄膜内部，第一外电极层与至少一层第一内电极分层电性连接；或者，第一电极朝向第一 聚合物薄膜的一侧表面具有多个第一凸起部，第一聚合物薄膜朝向第一电极的一侧表面具 有多个第一凹陷部，多个第一凸起部嵌入到多个第一凹陷部中。
[0041] 图1为本发明提供的第一薄膜层实施例一的截面结构示意图，如图1所示，第一薄 膜层由第一电极101和第一聚合物薄膜104组成。第一电极101包含第一外电极层102和 一层第一内电极分层103,其中，第一外电极层102位于第一聚合物薄膜104表面，作为摩 擦发电机的输出电极，一层第一内电极分层103位于第一聚合物薄膜104内部，第一外电极 层102与这一层第一内电极分层103电性连接，也就是说在第一聚合物薄膜104内部嵌入 了一层第一内电极分层103,从而增加了第一电极101与第一聚合物薄膜104的接触面积， 进而增加了第一薄膜层中的第一电极101在静电感应原理下产生的感应电荷量，提高了摩 擦发电机的输出电流及发电效率。
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