一种滑动式复合纳米发电机的利记博彩app

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进行发电的滑动式复合纳米发电机。

背景技术：

随着当今世界全球经济的迅速发展，能源成为人类社会可持续发展中最具决定性的因素之一。科学家们已经研究出各种各样的技术从自然界中获取能源，比如太阳能，风能，地热能，潮汐能。在这些技术中，从外部环境获取机械能是最广泛出现的技术，这已经吸引了科学家们巨大的兴趣，并且由于在我们的生活环境中和工业生产中存在着巨量的机械能，这种技术被认为是解决能源危机的一种有效的并且很有前途的途径。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滑动摩擦，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。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

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滑动式复合纳米发电机，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。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提出一种滑动式复合纳米发电机，包括：摩擦发电组件和电磁感应发电组件，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；

电磁感应发电组件包括：磁铁部件和线圈部件，所述磁铁部件随所述第一发电部件运动，所述线圈部件随所述第二发电部件运动；

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滑动，使所述第一摩擦件与第二摩擦件表面滑动摩擦，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；在所述第一发电部件和第二发电部件带动下，所述磁铁部件在所述线圈部件中的磁通量产生变化。

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；

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。

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。

优选的，所述线圈部件为平面线圈。

优选的，所述线圈部件的匝数大于2000匝。

优选的，还包括第一基底，所述第一发电部件设置在所述第一基底上；

和/或，还包括第二基底，所述第二发电部件设置在所述第二基底上。

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；

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。

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。

优选的，所述弹性部件为弹簧，长度大于30mm。

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；

第二摩擦件、第二电极和线圈部件均为薄层结构。

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结构；

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。

优选的，所述磁铁部件与线圈部件在所述第一发电部件与第二发电部件互相滑动的表面上的投影面积相当。

优选的，所述磁铁部件包括多个磁铁；和/或，所述线圈部件包括多个线圈。

优选的，多个所述磁铁尺寸相同，并且在所述第一发电部件相对于第二发电部件滑动的方向上等间隔等间隔设置；

和/或，多个所述线圈尺寸相同，在第一发电部件相对于第二发电部件滑动的方向上等间隔设置。

优选的，所述磁铁的间隔与线圈的间隔相等。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的复合纳米发电机，在现有滑动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滑动的发电部件上，在摩擦发电组件的两个发电部件相互滑动过程中，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。复合纳米发电机在一次动作中通过不同效应采集多种不同的能量，再通过一定方式使其协同为外部供电，可以达到互补增强的功效，从而更有效地为外界提供能源。

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。

附图说明

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。

图1和图2为滑动式复合纳米发电机的结构示意图；

图3为弹簧连接活动部件和固定部件实现滑动的发电机结构示意图；

图4为磁铁部件和线圈部件中包括多个磁铁和线圈的发电机结构示意图；

图5和图6为分别为一个具体发电机的摩擦发电组件和电磁感应发电组件的输出电信号测量结果。

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。

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。

本发明的复合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能够互相滑动，使第一摩擦件11与第二摩擦件21表面互相滑动摩擦，第一摩擦件11与第二摩擦件21接触的表面材料存在得失电子能力差异。电磁感应发电组件包括：磁铁部件31和线圈部件32，其中，磁铁部件31随第一发电部件1运动(可以设置在第一发电部件1上)，线圈部件32随第二发电部件2运动(可以设置在第二发电部件2上)；在第一发电部件1和第二发电部件2互相滑动时，带动磁铁部件31和线圈部件32产生相对运动，在线圈部件32中产生感应电流。本实施例中，磁铁部件31固定设置在第一电极12上，线圈部件32固定设置在第二电极22上。

由于第一摩擦件11和第二摩擦件21材料存在得失电子能力差异，根据摩擦效应，将在两个互相接触的表面聚集不同的电荷，当在摩擦发电组件的第一发电部件1或者第二发电部件2施加外力F时，第一摩擦件11与第二摩擦件21互相滑动摩擦，互相接触面积发生变化，并且使正负电荷分离，如图1中所示，在第一电极12和第二电极22之间形成电势差，进而对外输出电信号。另一方面，当摩擦发电组件的两个发电部件互相滑动时，带动磁铁部件31和线圈部件32相对运动，使穿过线圈部件32的磁通量变化，根据电磁效应，磁通量的变化将会在线圈部件中产生感生电动势，进而实现对外输出电信号。只要在摩擦发电组件上施加外力F，使第一摩擦件11与第二摩擦件21表面往复滑动摩擦，第一电极12和第二电极22之间就会对外输出交流电信号；相应的，在线圈部件32中产生感生电信号。本发明的滑动式复合纳米发电机，可以将一个机械外力通过摩擦发电组件转变为电信号的同时，还可以同时在线圈部件中产生电磁感应的电信号，也就是一次机械运动同时产生两个电信号输出，这样的设计进一步提高了能量转化效率。

实现第一发电部件1与第二发电部件2之间相互滑动可以有多种方式，例如将第一发电部件1固定，将第二发电部件2设置在往复运动的设备上，也可以将两个发电部件1和2分别设置在两个往复运动的其他部件上；或者通过其他可以实现两个发电部件互相滑动的其他机械结构连接，具体的连接方式可以根据实际使用环境决定，不作为对本发明保护范围的限定。

滑动式复合纳米发电机还可以包括第一基底41和第二基底42，参见图2，第一发电部件1设置在第一基底41上，第二发电部件2设置在第二基底42上，在外力F作用在第一基底或者第二基底上，使两个发电部件的两个摩擦件表面互相滑动。磁铁部件31设置在第一基底41上，线圈部件32设置在第二基底42上，即磁铁部件31与第一发电部件(即第一摩擦件11和第一电极12)在第一基底41的相对两侧(上下表面)，线圈部件32与第二 发电部件(即第二摩擦件21和第二电极22)在第二基底42的相对两侧(上下表面)。

在其他实施例中，也可以将磁铁部件31固定设置在第一电极12上，第一基底41设置在磁铁部件31上；线圈部件32固定设置在第二电极22上，第二基底42设置在线圈部件32上。磁铁部件31与第一发电部件(即第一摩擦件11和第一电极12)在第一基底42的同一侧，线圈部件32与第二发电部件(即第二摩擦件21和第二电极22)在第二基底43的同一侧。

第一基底41和第二基底42可以为柔性材料或者硬性材料，例如可以为玻璃或者亚克力等材料。

参见图1，第一摩擦件11和第二摩擦件21可以为薄层结构。相应的，第一电极12和第二电极22也可以为薄层结构。优选的，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；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。

本发明中的磁铁部件31可以为钕铁硼、铝镍钴、钐钴、铁氧体等磁铁，优选钕铁硼磁铁，线圈部件31优选平面线圈。优选地，线圈部件的匝数大于2000匝。

图2中，磁铁部件31固定设置在第一电极12上，第一基底41设置在磁铁部件31上；线圈部件32固定设置在第二电极22上，第二基底43设置在线圈部件32上。磁铁部件31与第一发电部件(即第一摩擦件11和第一电极12)在第一基底42的同一侧，线圈部件32与第二发电部件(即第二摩擦件21和第二电极22)在第二基底43的同一侧。

在其他实施例中，磁铁部件31可以与第一发电部件设置在第一基底42的不同侧，线圈部件32也可以与第二发电部件设置在第二基底43的不同侧，参见图4，磁铁部件31设置在第一基底42的上表面，第一摩擦件11和第一 电极12设置在第一基底42的下表面；线圈部件32设置在第二基底43的下表面，第二摩擦件21和第二电极22设置在第二基底43的上表面。

第一基底41与第二基底42可以为平板状或者套筒结构，也可以为互相配合的其他形状，例如图3中所示的互相配合的一对柱形和凹槽，第一基底41为柱形，第二基底42为底端连接的凹槽结构，第二基底42的底端与第一基底41的底端通过弹簧部件43连接，第一发电部件1和磁铁部件31设置在第一基底41的柱形侧面上形成可动部件，第二发电部件2设置在第二基底42的内侧壁上，线圈部件32设置在第二基底42的外侧壁上形成固定部件。优选的，磁铁部件31固定在第一基底(可动部件)的下端，线圈部件32固定在第二基底(固定部件)的上端，使磁铁与线圈对应好，以获得最大的磁电信号。第一电极12通过触点B连接导线，第二电极22通过触点A连接导线，线圈部件的输出端C和D为测试触点。当外力作用在第一基底41(或者第一发电部件1)上施加压力时，弹簧将受力压缩，一方面，根据摩擦效应，由于两侧材料的摩擦系数不同，将在两个摩擦件表面产生不同的电荷，进而在触点A和B之间经由外部输出电路对外输出电信号；另一方面，根据磁电效应，穿过线圈部件32的磁通量会发生变化，进而在线圈部件的两输出端C和D产生电位差，实现对外输出。只要对可动部件间隔性施加压力，使其不断上下震荡，就会在触点A和B之间、输出端C和D之间持续对外输出电信号。

优选地，弹性部件43的可变形范围大于30cm。

摩擦发电组件中，第一摩擦件11和第二摩擦件21互相接触的表面的材料存在得失电子能力差异，可以为半导体、导体和绝缘体材料。优选的，所述绝缘材料为聚合物绝缘材料，可以选自甲基硅氧烷、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。

优选地，第一摩擦件11与第二摩擦件21互相接触的表面中，至少一个表面包括微纳纳结构，所述微纳结构可以为纳米线、纳米棒、纳米管、纳米颗粒、纳米沟槽、微米沟槽、纳米锥、微米锥、纳米球和微米球状结构，以及上述结构形成的阵列。优选的，所述纳米线、纳米棒、纳米管、纳米沟槽、微米沟槽、纳米锥、微米锥等结构可以通过硅模板或刻蚀的方法制作。

第一摩擦件11与第二摩擦件21中的一个可以为绝缘材料，另一个为导体材料或者半导体材料。第一摩擦件11或第二摩擦件21为导体材料时，与摩擦件接触的电极可以省略。参见图3，第二摩擦件21为导体材料，可以省略第二电极，由第二摩擦件21同时充当第二电极。

第一电极12和第二电极22可以采用任意的导体材料，优选为金属材料，所述金属材料选自金、铂、铜、铝、银中的一种或者上述金属形成的合金。第一电极12和第二电极22可以通过磁控溅射、蒸镀和印刷打印技术来制作，但是为了组装时工艺简单，成本低廉，也可以直接选用金属薄片，如Al、Cu箔等。

磁铁部件31与线圈部件32的尺寸要匹配好，使得线圈部件更有效地切割磁感线，输出最大的电流。优选的磁铁部件31与线圈部件32在第一发电部件与第二发电部件互相滑动的表面上的投影面积相当。

参见图4，在本发明的其他实施例中，磁铁部件可以包括多个磁铁301，多个磁铁301互相间隔一定距离设置，多个磁铁301可以相同也可以不相同。同样的，线圈部件也可以包括多个线圈302，多个线圈302互相间隔一定距离设置，线圈302的尺寸和匝数可以相同也可以不相同，多个线圈的两个输出端可以进行并联或者串联连接。这样结构的发电机，将一个机械外力通过摩擦发电组件转变为电信号的同时，还可以同时在线圈部件中产生多个电磁 感应的电信号，也就是一次机械运动同时产生多个电信号输出，这样的设计进一步提高了能量转化效率。

多个磁铁301尺寸相同，并且在第一发电部件相对于第二发电部件滑动的方向上等间隔设置，多个线圈302尺寸相同，并且在第一发电部件相对于第二发电部件滑动的方向上等间隔设置，进一步，磁铁的间隔与线圈的间隔设置为相等，第一发电部件与第二发电部件互相滑动时，可以出现多个磁铁与多个线圈一一对应的时刻，如图4中所示。线圈302输出的电信号周期一致、峰值统一；如果磁铁与线圈的尺寸和间距不相同，线圈中输出的电信号的周期和峰值不一致。

下面以一个具体的发电机为例，说明本发明提供的发电机的工作过程。

切割一个长60mm×宽17mm×厚5mm(两个直径为10mm的圆孔和两个50mm*3mm长方孔)和一个长60mm×宽17mm×厚3mm的亚克力板，并将它们粘贴起来作为器件的底座。再切割一块长50mm×宽50mm×厚3mm的亚克力板并粘上Al金属层后固定在底座上长方孔中。再分别切割一块长50mm×宽50mm×厚3mm(带有一个直径为25mm的孔)和一块长50mm×宽50mm×厚0.6mm的亚克力板，将其粘起来并用胶带在孔中固定线圈，并在另一侧粘贴一层Al金属层后固定在底座上的长方孔中，形成第二基底上设置电极(摩擦件)的固定结构(见图3)。再切割两块长45mm×宽17mm×厚3mm的亚克力板粘在两块相对的亚克力板之间来固定这两块亚克力板。再将两根长30mm的弹簧固定在底座上的圆孔。再分别切割一块长50mm×宽50mm×厚5mm(带有一个直径为35mm的圆孔)和两块长50mm×宽50mm×厚3mm的亚克力板，将一块长35mm×宽35mm×厚5mm的磁铁固定在带孔的亚克力板上，并用其他两块亚克力板将其封装起来，然后再分别在外侧贴上Al金属层(作为电极)和PTFE摩擦层(作为摩擦件)，并将其放在粘在底座上四块亚克力板形成的凹槽中，当其受到一定的压力时，弹簧受力压缩， 是两侧的摩擦层产生滑动摩擦，并且封装在亚克力板之间的线圈会切割磁感线，从而产生摩擦电信号和磁电信号。

对上述制备的滑动式复合纳米发电机的输出性能进行测试。对于摩擦发电组件，分别使用Stanford Research System生产的SR570和Keithely生产的6514测量触点A和B间的电流输出和电压输出，结果分别如图5中的(a)和图中5(b)所示,输出电流为10-12微安，输出电压为50-60伏特。对于电磁感应发电组件，使用Keithely生产的6514分别测量输出端C和D间的电流和电压输出，结果分别如图6中的(a)和图6中的(b)所示，其中输出电流约为2.2毫安，输出电压约为3伏特。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。