>【附圖說(shuō)明】
[0040]通過(guò)附圖所示，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于顯示出本發(fā)明的主旨。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但參數(shù)無(wú)需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。此外，以下實(shí)施例中提到的方向用語(yǔ)，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語(yǔ)是用來(lái)說(shuō)明并非用來(lái)限制本發(fā)明。
[0041]圖1為本發(fā)明采集液體機(jī)械能的摩擦電納米發(fā)電機(jī)實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖2中a_c為液體與發(fā)電機(jī)的摩擦層互相接觸摩擦和分離后，摩擦層表面電荷變化示意圖；
[0043]圖3中a_f為本發(fā)明采集液體機(jī)械能的摩擦電納米發(fā)電機(jī)的工作過(guò)程示意圖；
[0044]圖4中(a)和(b)是具體發(fā)電機(jī)工作時(shí)的短路電流和感應(yīng)電荷量曲線；
[0045]圖5為本發(fā)明發(fā)電機(jī)的實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖6為本發(fā)明發(fā)電機(jī)的實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047]圖7是實(shí)施例三中具體發(fā)電機(jī)工作時(shí)的短路電流曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0048]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0049]其次，本發(fā)明結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說(shuō)明，所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0050]實(shí)施例一:
[0051]圖1為本發(fā)明摩擦電納米發(fā)電機(jī)的一種典型結(jié)構(gòu)，包括絕緣襯底10、發(fā)電部件和摩擦層30。其中，發(fā)電部件由一個(gè)第一電極層21和一個(gè)第二電極層22組成，第一電極層21和第二電極層22分隔設(shè)置在襯底10上并且互相電連接；摩擦層30覆蓋所述發(fā)電部件，使所述發(fā)電部件的第一電極層21與第二電極層22與發(fā)電機(jī)工作的液體環(huán)境隔離。液體波動(dòng)與摩擦層30發(fā)生摩擦，使與摩擦層30表面帶有電荷；隨著所述液體的波動(dòng)，兩個(gè)電極層所對(duì)應(yīng)的摩擦層30表面的電荷被液體中的離子先后屏蔽，使摩擦層30表面帶有的電荷對(duì)第一電極層21和第二電極層22中電子的靜電作用不同，使第一電極層21與第二電極層22之間有感應(yīng)電荷流動(dòng)。在第一電極層21與第二電極層22之間連接檢測(cè)裝置或者負(fù)載40(如圖2中a-c所示)，可以有電流流過(guò)檢測(cè)裝置和負(fù)載40。
[0052]摩擦層30的材料可以為絕緣材料，優(yōu)選為有機(jī)絕緣體材料，可以從下列材料中選擇，聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯(FEP，四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、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(shù)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(shù)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、聚雙苯酹碳酸酯、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。
[0053]當(dāng)液體波動(dòng)或者流動(dòng)與摩擦層30的外表面接觸時(shí)，由于二者的得失電子能力不同，在二者表面會(huì)產(chǎn)生等量異號(hào)的表面電荷。以液體為水，摩擦層30的材料為FEP薄膜為例，參見(jiàn)圖2中a-c，初始狀態(tài)時(shí)摩擦層FEP表面未帶有電荷(見(jiàn)圖2中a圖)，水波動(dòng)時(shí)水50與摩擦層FEP發(fā)生摩擦，由于摩擦電作用，使與摩擦層FEP接觸的水50帶有正電荷，摩擦層FEP表面帶有等量的負(fù)電荷(見(jiàn)圖2中b圖)；隨著水的波動(dòng)，當(dāng)水離開(kāi)摩擦層FEP后，摩擦層上的負(fù)電荷仍然保留(見(jiàn)圖2中c圖)。當(dāng)水再次波動(dòng)與摩擦層FEP接觸時(shí)，重復(fù)圖中圖2中b圖和圖2中c圖的情況。
[0054]本實(shí)施例發(fā)電機(jī)的工作原理參見(jiàn)圖3中a-f，發(fā)電部件的第一電極21與第二電極22之間存在間隔并且通過(guò)負(fù)載50電連接，摩擦層30的材料為FEP薄膜，第一電極層21和第二電極層22均為Cu薄膜，液體環(huán)境為水。發(fā)電部件的兩個(gè)電極層在水波動(dòng)方向上下分布(對(duì)應(yīng)圖3中a-f的兩個(gè)電極層上下分布)，發(fā)電機(jī)通過(guò)水波在摩擦層30材料表面上下波動(dòng)發(fā)電，其發(fā)電過(guò)程可分為兩個(gè)過(guò)程:第一過(guò)程，水面上升依次淹沒(méi)第一電極層21和第二電極層22 ;第二過(guò)程，水面下降依次使第二電極層22和第一電極層21露出水面。第一過(guò)程中，水與摩擦層30接觸而使其表面帶有正電荷，當(dāng)水面上升并部分淹沒(méi)第一電極層21，由于靜電感應(yīng)，第二電極層22的電子將被吸引到第一電極層21從而導(dǎo)致第一電極層21的負(fù)電荷密度增加，在負(fù)載50中有電流流過(guò)(參見(jiàn)圖3中a圖)。當(dāng)水面淹沒(méi)至兩個(gè)電極層之間的間隔處，第一電極層21的負(fù)電荷量將達(dá)到最大，這時(shí)負(fù)載50中沒(méi)有電荷流過(guò)(參見(jiàn)圖3中b圖)。當(dāng)水面繼續(xù)上升并部分淹沒(méi)第二電極層22時(shí)，由于水波表面正電荷的排斥作用，第一電極層21的電子將被吸引到第二電極層22從而使得第二電極層22的正電荷密度降低，在負(fù)載50中有電流流過(guò)(參見(jiàn)圖3中c圖)。到水面完全淹沒(méi)第二電極層22時(shí)，第二電極層22的正電荷將完全被電子中和掉并使得上下電極均不帶電(這里未畫(huà)出，可以參見(jiàn)圖2中b圖)。第二過(guò)程中，當(dāng)水面從最高點(diǎn)下落，第二電極層22逐漸露出水面，其負(fù)電荷將會(huì)再次被吸引到第一電極層21從而使得下電極的負(fù)電荷密度增加，在負(fù)載50中有電流流過(guò)(參見(jiàn)圖3中d圖)。當(dāng)水面下落到兩個(gè)電極的間隔處，第一電極層21上的負(fù)電荷密度將會(huì)達(dá)到最大，負(fù)載50上不會(huì)有電流流過(guò)(參見(jiàn)圖3中e圖)。當(dāng)水面持續(xù)下落，第一電極層21開(kāi)始逐漸露出水面，這時(shí)靜電感應(yīng)會(huì)排斥負(fù)電荷使其流回第二電極層22，在負(fù)載50中有電流流過(guò)(參見(jiàn)圖3中f圖)。直到水面低于第一電極層21并使其完全露出，上電極的正電荷被電子完全中和，兩個(gè)電極將均不帶電。水面上下起伏、不斷淹沒(méi)或露出第一電極層21和第二電極層22，這使得外電路中的負(fù)載50將會(huì)有交變的電流通過(guò)。
[0055]這里需要說(shuō)明的是，這里所述的“水面上升并部分或者全部淹沒(méi)第一電極層或第二電極層”，并不是指水面直接與第一電極層或第二電極層接觸并且淹沒(méi)，而是指在液體波動(dòng)方向，第一電極層或者第二電極層對(duì)應(yīng)的摩擦層(即覆蓋在第一電極層或第二電極層上的摩擦層)被淹沒(méi)，使電極層的部分或者全部在水面下。在本實(shí)施例的所有附圖中，液體例如水的波動(dòng)方向?yàn)樯舷虏▌?dòng)，但是，本發(fā)明所有實(shí)施例提供的發(fā)電機(jī)均可以應(yīng)用在液體波動(dòng)方向在其他方向的液體環(huán)境中，例如海浪漲潮退潮的近似水平方向的波動(dòng)。
[0056]該發(fā)電機(jī)在工作時(shí)，液體波動(dòng)時(shí)與摩擦層30發(fā)生往復(fù)的滑動(dòng)摩擦，導(dǎo)致液體表面和摩擦層30表面帶有電性相反的電荷。隨著液體波動(dòng)先后淹沒(méi)第一電極層21和第二電極層22，兩個(gè)電極層所對(duì)應(yīng)的摩擦層30表面的電荷被液體中的離子先后屏蔽，使摩擦層30表面帶有的電荷對(duì)第一電極層21和第二電極層22中電子的靜電作用不同，導(dǎo)致在外電路產(chǎn)生電流(參見(jiàn)圖3中a、c、d和e圖)。
[0057]摩擦層30為本發(fā)明摩擦電納米發(fā)電機(jī)提供一個(gè)摩擦表面，其材料選擇主要考慮與發(fā)電機(jī)使用的液體環(huán)境的摩擦電性質(zhì)。在本實(shí)施例中，摩擦層30外表面的材料除了可以選擇上述的有機(jī)物絕緣體材料外，還可以選擇半導(dǎo)體材料，常用的半導(dǎo)體包括硅、鍺；第III和第V族化合物，例如砷化鎵、磷化鎵等；第II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)