一种接触分离式复合纳米发电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及本发电技术领域，特别涉及将摩擦效应与磁电效应耦合而成的接触分离式复合纳米发电机。
【背景技术】
[0002]我们在生活中的一举一动都是微小的能源，收集这些微小能源用于小型微电子、纳电子器件的自驱动供电，对节能减排和可持续发展具有重要的科学意义和实用价值。目前，基于摩擦效应的纳米发电机已有较多报道，两个得失电子能力不同的摩擦材料在机械能作用下互相接触分离，在与两个摩擦材料接触设置的电极上会产生电势差，可以在外电路中形成电流输出。但是，现有结构的摩擦发电机的能量转化形式单一，效率不高。
【发明内容】
[0003](一)要解决的技术问题
[0004]本发明的目的在于提供一种基于摩擦效应和磁电效应耦合的接触分离式复合纳米发电机，将机械能通过摩擦发电组件转变为电能的同时，带动电磁感应组件的磁铁部件和线圈部件相对运动产生感生电信号，提高了现有摩擦发电机的转化效率。
[0005]( 二)技术方案
[0006]为解决上述技术问题，本发明提出一种接触分离式复合纳米发电机，包括:摩擦发电组件和电磁感应发电组件；
[0007]其中，所述摩擦发电组件包括:第一发电部件和第二发电部件，其中，第一发电部件包括第一摩擦件以及与第一摩擦件接触设置的第一电极，第二发电部件包括第二摩擦件以及与第二摩擦件接触设置的第二电极；在外力作用下，所述第一发电部件与第二发电部件能够互相接触分离，使所述第一摩擦件与第二摩擦件表面接触分离，所述第一摩擦件与第二摩擦件接触的表面材料存在得失电子能力差异；
[0008]电磁感应发电组件包括:磁铁部件和线圈部件，所述磁铁部件设置在所述第一发电部件上，所述线圈部件设置在所述第二发电部件上；在所述第二部件带动下，所述磁铁部件在所述线圈部件中的磁通量产生变化。
[0009]优选的，所述第一摩擦件和第二摩擦件的材料为绝缘体材料、导体材料或者半导体材料；
[0010]所述绝缘体材料选自甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚异丁烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚氯醚、聚酯、聚氨酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯腈、聚双苯酚碳酸酯中的一种或几种的叠加。
[0011]优选的，所述第一摩擦件或者第二摩擦件的材料为导体材料，与导体材料接触设置的电极省略。
[0012]优选的，所述线圈部件为平面线圈。
[0013]优选的，所述线圈部件的匝数大于1000匝。
[0014]优选的，所述第一发电部件和第二发电部件之间通过弹性部件连接；
[0015]或者，所述第一发电部件固定，第二发电部件连接在往复运动的其他设备上。
[0016]优选的，所述弹性部件为弹簧。
[0017]优选的，所述弹性部件的可变形范围大于5cm。
[0018]优选的，所述磁铁部件与第一发电部件之间设置第一缓冲层；
[0019]和/或，所述线圈部件与第二发电部件之间设置第二缓冲层。
[0020]优选的，所述第一缓冲层和第二缓冲层的材料为绝缘材料，所述绝缘材料选自聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚异丁烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚氯醚、聚酯、聚氨酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯腈、聚双苯酚碳酸酯中的一种或几种。
[0021]优选的，所述第一缓冲层和第二缓冲层厚度大于0.5_。
[0022]优选的，所述第一发电部件还包括第一基底，所述第二发电部件还包括第二基底。
[0023]优选的，所述磁铁部件与第一发电部件设置在所述第一基底的同一侧；或者，所述磁铁部件与第一发电部件分别设置在所述第一基底的不同侧；
[0024]所述线圈部件与第二发电部件设置在所述第二基底的同一侧；或者，所述线圈部件与第二发电部件分别设置在所述第二基底的不同侧。
[0025]优选的，所述第一摩擦件、第一电极和磁铁部件均为薄层结构，依次层叠设置；
[0026]第二摩擦件、第二电极和线圈部件均为薄层结构，依次层叠设置。
[0027]优选的，所述第一摩擦件、第一电极、第一缓冲层和磁铁部件均为薄层结构，依次层叠设置；
[0028]所述第二摩擦件、第二电极、第二缓冲层和线圈部件均为薄层结构，依次层叠设置。
[0029]优选的，所述第一摩擦件与第二摩擦件互相接触的表面中，至少一个表面包括微纳纳结构；
[0030]所述微纳结构为纳米线、纳米棒、纳米管、纳米颗粒、纳米沟槽、微米沟槽、纳米锥、微米锥、纳米球或微米球状结构，以及上述结构形成的阵列。
[0031]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0032]1、本发明的复合纳米发电机，在现有接触式摩擦发电机的基础上，将电磁感应发电组件的磁场部件和线圈部件分别设置在两个能够相对运动的发电部件上，在摩擦发电组件的两个发电部件相互接触和分离过程中，同时带动磁场部件和线圈部件相对运动。因此，第一发电部件和第二发电部件的一次相对运动，可以使摩擦发电组件在摩擦效应作用下产生电信号，同时，线圈部件在电磁感应效应作用下也输出电信号。一次机械运动同时产生了两种电信号，显著提高了纳米发电机的能量转化效率。
[0033]2、摩擦发电组件中的第一摩擦件、第一电极、第二摩擦件、第二电极的材料均为现有的材料，磁铁部件和线圈部件为常用部件，并且价格低廉，本发明的复合纳米发电机结构简单，制备方法简单，材料易于获得，并且结构低廉，有利于在利用机械能转变为电能方面应用推广。
[0034]3、摩擦发电组件中的第一发电部件和第二发电部件之间可以通过弹性部件连接，发电机在压力作用下可以将机械能转变为电能；第一发电部件和第二发电部件也可以分别与不同的设备连接，在两个相对运动设备的带动下相对运动，使发电机将机械能转变为电倉泛。
【附图说明】
[0035]通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于显示出本发明的主旨。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
[0036]图1为接触分离式复合纳米发电机的结构示意图；
[0037]图2和图3为第一发电部件和第二发电部件之间连接方式示意图；
[0038]图4为磁铁部件和第一发电部件设置在第一基底的不同侧，线圈部件和第二发电部件设置在第二基底的不同侧的发电机结构示意图；
[0039]图5为磁铁部件和第一发电部件之间设置第一缓冲层的发电机结构示意图；
[0040]图6为一个具体发电机的摩擦发电组件的输出电信号测量结果；
[0041]图7为一个具体发电机的电磁感应发电组件的输出电信号测量结果。
【具体实施方式】
[0042]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。
[0043]其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。
[0044]本实施例的发电机典型结构参见图1,包括摩擦发电组件和电磁感应发电组件，其中，所述摩擦发电组件包括:第一发电部件1和第二发电部件2，其中，第一发电部件1包括第一摩擦件11以及与第一摩擦件11接触设置的第一电极12，第二发电部件2包括第二摩擦件21以及与第二摩擦件21接触设置的第二电极22 ;在外力F作用下，第一发电部件1与第二发电部件2能够互相接触分离，使第一摩擦件11与第二摩擦件21表面接触分离，第一摩擦件11与第二摩擦件21接触的表面材料存