m時(shí),依然能夠驅(qū)動(dòng)相當(dāng)一部分的電荷在兩個(gè)電極層之間的轉(zhuǎn)移。
[0064]自然存在的物體表面大多帶有一定量的表面電荷，這些電荷可以是通過與其他物體的摩擦獲得，也可以是通過與帶電物體的接觸獲得。例如，人的鞋底，大多為絕緣材料，在行走過程中，鞋底與地面摩擦帶有表面電荷；汽車輪胎在滾動(dòng)過程中與地面摩擦而使其表面帶有電荷；動(dòng)物在行走過程中，皮毛與地面等摩擦而帶有電荷。這些物體表面帶有的電荷能夠保持較長(zhǎng)時(shí)間，例如幾小時(shí)或者幾天。因此，本發(fā)明的傳感器可以應(yīng)用在大多數(shù)移動(dòng)物體的傳感方面，而不需要為傳感單元提供其他電源，可以實(shí)現(xiàn)將被探測(cè)物體移動(dòng)的能量收集轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿耐瑫r(shí)進(jìn)行傳感。特別適用在物聯(lián)網(wǎng)傳感、安全監(jiān)測(cè)等方面的傳感應(yīng)用。
[0065]對(duì)于被探測(cè)物體20自身不帶有電荷的情況，需要被探測(cè)物體20與傳感單元中的至少一個(gè)電極層進(jìn)行接觸后相互分離或者相互滑動(dòng)，使被探測(cè)物體20表面帶有由摩擦/接觸產(chǎn)生的電荷。還可以對(duì)傳感單元中用于與被探測(cè)物體20發(fā)生接觸摩擦的表面進(jìn)行物理或化學(xué)改性，使其表面分布有微米或次微米量級(jí)的微結(jié)構(gòu)，以增加被探測(cè)物體20持有表面電荷的密度。具體的改性方法包括光刻蝕、化學(xué)刻蝕和等離子體刻蝕等，還可以通過納米材料的點(diǎn)綴或涂層的方式來實(shí)現(xiàn)該目的。
[0066]為了在提高傳感器電信號(hào)輸出密度的同時(shí)，防止電極層之間的放電，還可以在兩個(gè)電極層的空隙之間填有填充介質(zhì)40 (參見圖3)。該填充介質(zhì)40既可以僅填充于兩個(gè)電極層之間的空隙中，也可以如圖3所示在兩個(gè)電極層的周圍也設(shè)置一圈，用于作為電極層的支撐結(jié)構(gòu)或保護(hù)結(jié)構(gòu)。該填充介質(zhì)40可選自本領(lǐng)域常規(guī)的介電材料，例如聚異丁烯、聚氨酯彈性海綿、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇縮丁醛、丁二烯-丙烯腈共聚物、氯丁橡膠、天然橡膠、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-Co-丙烯腈)、聚雙酚A碳酸酯聚氯醚、聚偏二氯乙烯和聚(2，6-二甲基聚亞苯基氧化物)。顯然，如果傳感器在使用的過程中需要液體、氣體或真空環(huán)境，上述填充介質(zhì)40也可以是不導(dǎo)電的液體或氣體，在必要的情況下也可以是真空。填充介質(zhì)40的填充高度既可以與第一電極層101和第二電極層102的厚度相同，也可以稍低于二者的厚度。
[0067]傳感單元中的兩個(gè)電極層和/或填充介質(zhì)40既可以是硬質(zhì)材料，也可以是柔性材料，材料的硬度對(duì)傳感器的輸出性能沒有明顯影響，但是卻可以擴(kuò)展本發(fā)明傳感器的應(yīng)用范圍。
[0068]第二實(shí)施例
[0069]圖4為本發(fā)明傳感器的另一種典型結(jié)構(gòu)，包括傳感單元和隔離層40，其中，傳感單元的結(jié)構(gòu)可以與實(shí)施例一中的相同，在這里不再復(fù)述。傳感單元的第一電極層101和/或第二電極層102的上表面貼合在隔離層50的背面。隔離層可以部分覆蓋第一電極層101和/或第二電極層102的上表面，也可以全部覆蓋第一電極層101和第二電極層102的上表面。
[0070]隔離層50可以為非導(dǎo)電材料，優(yōu)選絕緣材料，可選自一些常用的有機(jī)聚合物材料和天然材料，包括:聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、苯胺甲醛樹脂、聚甲醛、乙基纖維素、聚酰胺、三聚氰胺甲醛、聚乙二醇丁二酸酯、纖維素、纖維素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯、再生纖維素海綿、聚氨酯彈性體、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、聚酰胺尼龍11、聚酰胺尼龍66、羊毛及其織物、蠶絲及其織物、紙、人造纖維、棉及其織物、木頭、硬橡膠、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚異丁烯、聚氨酯彈性體、聚氨酯柔性海綿、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇縮丁醛、酚醛樹脂、氯丁橡膠、丁二烯丙烯共聚物、天然橡膠、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-Co-丙烯腈)、聚乙烯丙二酚碳酸鹽，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、醋酸酯、聚雙苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚三氟氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和派瑞林,包括派瑞林C、派瑞林N、派瑞林D、派瑞林HT或派瑞林AF4。
[0071]隔離層50也可以采用半導(dǎo)體材料，常用的半導(dǎo)體包括硅、鍺；第111和第V族化合物，例如砷化鎵、磷化鎵等；第11和第VI族化合物，例如硫化鎘、硫化鋅等；以及由II1- V族化合物和I1-VI族化合物組成的固溶體，例如鎵鋁砷、鎵砷磷等。除上述晶態(tài)半導(dǎo)體外，還有非晶態(tài)的玻璃半導(dǎo)體、有機(jī)半導(dǎo)體等。非導(dǎo)電性氧化物、半導(dǎo)體氧化物和復(fù)雜氧化物也可以用來作為本發(fā)明第一部件10的帶電表面，例如錳、鉻、鐵、銅的氧化物，還包括氧化硅、氧化猛、氧化鉻、氧化鐵、氧化銅、氧化鋅、B12和Y2O3。
[0072]被探測(cè)物體20與傳感單元被隔離層50隔開，隔離層50的存在對(duì)于傳感單元可以形成較好的保護(hù)作用，因此其表面尺寸和形狀應(yīng)至少完全覆蓋第一電極層101和第二電極層202。但是為了防止其對(duì)被探測(cè)物體20所帶電荷的靜電感應(yīng)的過度削弱，其厚度不應(yīng)過厚，一般選擇在1nm到Imm之間，優(yōu)選10nm到500 μ m,更優(yōu)選500nm到100 μ m。
[0073]隔離層50可以為分立結(jié)構(gòu)，例如由2個(gè)分離的部分組成，其中一個(gè)部分覆蓋于第一電極層101的表面，另一個(gè)部分覆蓋于第二電極層102的表面；也可以為一體結(jié)構(gòu)，例如圖5所示的情況，隔離層50為一個(gè)整體，同時(shí)覆蓋于兩個(gè)電極層的上表面。
[0074]同第一種實(shí)施方式類似，該傳感器在工作時(shí)，既可以用來傳感自身帶有電荷的被探測(cè)物體20的移動(dòng)，也可以用來傳感自身不帶有電荷的被探測(cè)物體20的移動(dòng)。
[0075]傳感自身帶有電荷的被探測(cè)物體20的移動(dòng)的情況，被探測(cè)物體20的帶電表面依次向背面貼合有第一電極層101的隔離層50的部分上表面、以及背面貼合有第二電極層102的隔離層50的部分上表面靠近或者接觸，使第一電極層101和第二電極層102之間形成電荷流動(dòng)，在電信號(hào)檢測(cè)裝置30上有電流流過。這種情況下，隔離層50起到保護(hù)傳感單元的作用。
[0076]傳感自身不帶有電荷的被探測(cè)物體20的移動(dòng)的情況，不帶電的被探測(cè)物體20通過與隔離層50的接觸摩擦，使被探測(cè)物體20和隔離層50相互接觸的表面會(huì)帶上等量反號(hào)的電荷。這些電荷都將保持在二者的表面，在一定時(shí)間內(nèi)幾乎不會(huì)發(fā)生流動(dòng)或者衰減。由于隔離層50始終相對(duì)于兩個(gè)電極層保持靜止，因此它表面所帶的靜電荷在兩個(gè)電極層間產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)差始終保持不變，不會(huì)給電流的產(chǎn)生提供驅(qū)動(dòng)力(參見圖5)。因此，與圖1所示的結(jié)構(gòu)類似，被探測(cè)物體20上的靜電將隨其一起移動(dòng)，并且在交替靠近兩個(gè)電極層時(shí)，反復(fù)改變兩個(gè)電極層間的感應(yīng)電勢(shì)差，從而吸引電極回路中所帶的異號(hào)電荷在兩個(gè)電極層之間移動(dòng)，在外電路產(chǎn)生電流。
[0077]為了提高隔離層50在與被探測(cè)物體20接觸摩擦過程中所形成的表面電荷密度，優(yōu)選隔離層50與被探測(cè)物體20接觸的表面全部或部分設(shè)置有微米或次微米量級(jí)的微結(jié)構(gòu)。
[0078]第三實(shí)施例
[0079]圖6為傳感器的另一種典型的結(jié)構(gòu)，包括傳感單元，傳感單元由圖形化的第一電極層201和與之配合的圖形化的第二電極層202組成，并且傳感器還包括圖形化的摩擦層60，摩擦層60固定設(shè)置在被探測(cè)物體20的靠近第一電極層或者第二電極層的表面，當(dāng)被探測(cè)物體20帶動(dòng)摩擦層60的表面與傳感單元中的電極層表面接觸/滑動(dòng)時(shí)，使得摩擦層60的表面帶有電荷并且跟隨被探測(cè)物體20同步運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選的，摩擦層60在隨著被探測(cè)物體20運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以在特定位置與第一電極層201 (或第二電極層202)達(dá)到完全重疊。圖形化的第一電極層201和第二電極層202之間可以由填充介質(zhì)41分隔開，第一電極層201與第二電極層202的圖形優(yōu)選相同，使第一電極層201、第二電極層202和填充介質(zhì)41共同形成連續(xù)的圖案，如圖6中的插指型電極層201和202。在被探測(cè)物體20靠近這兩個(gè)電極層的表面粘附有具有相同周期的圖案化的絕緣體摩擦層60。當(dāng)被測(cè)物體帶動(dòng)該摩擦層60在電極層表面滑動(dòng)時(shí)，兩者之間的相互接觸摩擦?xí)沟枚弑砻鎺в挟愄?hào)等量的摩擦電荷。在后面的檢測(cè)過程中，由于摩擦層60上靜電荷可以保持很長(zhǎng)時(shí)間，被探測(cè)物體可以繼續(xù)在電極層表面接觸滑動(dòng)，也可以在垂直高度上離開一定距離而利用非接觸滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)傳感。當(dāng)被探測(cè)物體與摩擦層組成的整體沿著圖中箭頭方向自下而上移動(dòng)