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)雜氧化物也具有摩擦電特性，能夠在與液體摩擦過(guò)程形成表面電荷，因此也可以用來(lái)作為本發(fā)明的摩擦層，例如錳、鉻、鐵、銅的氧化物，還包括氧化硅、氧化錳、氧化鉻、氧化鐵、氧化銅、氧化鋅、Bi02和Y203。限于篇幅的原因，并不能對(duì)所有可能的材料進(jìn)行窮舉，此處僅列出一些具體的材料供人們參考，但是顯然這些具體的材料并不能成為本發(fā)明保護(hù)范圍的限制性因素，因?yàn)樵诎l(fā)明的啟示下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)這些材料所具有的摩擦電特性很容易選擇其他類似的材料。
[0058]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)摩擦層30和波動(dòng)液體相互接觸的表面材料之間的摩擦電性質(zhì)相差越大時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出的電信號(hào)越強(qiáng)。所以，可以根據(jù)實(shí)際需要，選擇合適的材料來(lái)制備摩擦層的外表面，以獲得更好的輸出效果。具有負(fù)極性摩擦電性質(zhì)的材料優(yōu)選聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚三氟氯乙烯和聚四氟乙烯和派瑞林，包括派瑞林C、派瑞林N、派瑞林D、派瑞林HT或派瑞林AF4 ;具有正極性摩擦電性質(zhì)的材料優(yōu)選苯胺甲醛樹脂、聚甲醛、乙基纖維素、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、聚乙二醇丁二酸酯、纖維素、纖維素醋酸酯、聚乙二醇己二酸酯、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯、再生纖維素海綿、棉及其織物、聚氨酯彈性體、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、木頭、硬橡膠、醋酸酯、人造纖維、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇和聚酯。摩擦層材料并不限定為一種，可以為上述材料中的一種或者幾種。
[0059]還可以對(duì)摩擦層30的表面進(jìn)行物理改性，使其表面分布有微米或次微米量級(jí)的微結(jié)構(gòu)層，以增加摩擦層30與波動(dòng)液體之間的接觸面積，從而增大液體帶有的接觸電荷量。還可以通過(guò)納米材料的點(diǎn)綴或涂層的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)該目的。微結(jié)構(gòu)層優(yōu)選為納米線、納米管、納米顆粒、納米棒、納米花、納米溝槽、微米溝槽，納米錐、微米錐、納米球和微米球狀結(jié)構(gòu)，以及上述結(jié)構(gòu)形成的陣列，特別是由納米線、納米管或納米棒組成的納米陣列。微結(jié)構(gòu)層陣列中每個(gè)這種單元的尺寸在納米到微米量級(jí)，具體微納米結(jié)構(gòu)層中的單元尺寸、形狀不應(yīng)該限制本發(fā)明的范圍。摩擦層30外表面的微結(jié)構(gòu)層可以是通過(guò)光刻蝕、化學(xué)刻蝕和等離子刻蝕等方法在摩擦層的表面制備，也可以為在制備摩擦層材料時(shí)直接形成。
[0060]摩擦層30表面的微結(jié)構(gòu)層的作用除了進(jìn)一步增加摩擦層外表面與液體之間的接觸面積外，還可以起到調(diào)節(jié)摩擦層30的疏水性，控制摩擦層與液體每次接觸后的分離程度的作用。因此，優(yōu)選的，摩擦層外表面的微結(jié)構(gòu)層為超疏水納米結(jié)構(gòu)，例如氧化鋅、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷等納米線陣列結(jié)構(gòu)，特別是荷葉表面或者是昆蟲足等超疏水納米結(jié)構(gòu)層。
[0061]另外，可以根據(jù)發(fā)電機(jī)使用環(huán)境液體的極性，選擇摩擦層30外表面的親水或疏水結(jié)構(gòu)，以改善液體波動(dòng)液體與摩擦層外表面接觸后的分離程度，保證發(fā)電機(jī)的正常工作。優(yōu)選的，所述液體為極性液體時(shí)，摩擦層30表面的微結(jié)構(gòu)層為疏水結(jié)構(gòu)；或者，所述液體為非極性液體時(shí)，摩擦層30表面的微結(jié)構(gòu)層為親水結(jié)構(gòu)。極性液體可以為水、甲酸、甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、乙酸、二甲基亞砜、二甲基甲酰胺、乙腈或丙酮等，非極性液體可以為己烷、苯、甲苯、二乙醚、氯仿、乙酸乙酯、四氫呋喃或二氯甲烷。
[0062]也可以對(duì)摩擦層30能夠與液體接觸的表面進(jìn)行化學(xué)改性，能夠進(jìn)一步提高電荷在接觸瞬間的轉(zhuǎn)移量，從而提高接觸電荷密度和發(fā)電機(jī)的輸出功率?；瘜W(xué)改性又分為如下兩種類型:
[0063]一種方法是，比較相互接觸的摩擦層30和液體的材料極性，若摩擦層的極性為較正，在摩擦層材料表面引入更易失電子的官能團(tuán)(即強(qiáng)給電子團(tuán))；若摩擦層的極性為負(fù)，在摩擦層的材料表面引入更易得電子的官能團(tuán)(強(qiáng)吸電子團(tuán))，都能夠進(jìn)一步提高電荷在相互接觸時(shí)的轉(zhuǎn)移量，從而提高摩擦電荷密度和發(fā)電機(jī)的輸出功率。強(qiáng)給電子團(tuán)包括:氨基、羥基、烷氧基等；強(qiáng)吸電子團(tuán)包括:?；?、羧基、硝基、磺酸基等。官能團(tuán)的引入可以采用等離子體表面改性等常規(guī)方法。例如可以使氧氣和氮?dú)獾幕旌蠚庠谝欢üβ氏庐a(chǎn)生等離子體，從而在摩擦層材料表面引入氨基。
[0064]另外一種方法是，比較相互接觸的摩擦層30和液體的材料極性，若摩擦層的極性為正，在摩擦層材料表面引入正電荷；若摩擦層的極性為負(fù)，在變化層的材料表面引入負(fù)電荷。具體可以通過(guò)化學(xué)鍵合的方式實(shí)現(xiàn)。例如，可以在PDMS摩擦層表面利用溶膠-凝膠(英文簡(jiǎn)寫為sol-gel)的方法修飾上正硅酸乙酯(英文簡(jiǎn)寫為TE0S)，而使其帶負(fù)電。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)摩擦層材料的得失電子性質(zhì)和表面化學(xué)鍵的種類，選擇合適的修飾材料與其鍵合，以達(dá)到本發(fā)明的目的，因此這樣的變形都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0065]另外，本發(fā)明的發(fā)電機(jī)的輸出性能與液體的導(dǎo)電性相關(guān)，較低的離子濃度有助于在液體與摩擦層互相接觸時(shí)形成表面摩擦電荷。在具體應(yīng)用時(shí)，還可以根據(jù)摩擦層材料的不同對(duì)液體的電荷量進(jìn)行調(diào)整，以提高液體與摩擦層互相摩擦?xí)r產(chǎn)生的表面接觸電荷量，從而提高發(fā)電機(jī)的輸出性能。例如，可以在水中加入NaCl形成飽和水溶液，其他條件不變的情況下，產(chǎn)生感應(yīng)電荷量會(huì)比在自然水中降低40%。
[0066]本發(fā)明的發(fā)電機(jī)可以應(yīng)用的液體環(huán)境，除了水、NaCl水、溶液外，還可以應(yīng)用在去離子水、海水、雨水中，以及上述的極性或者非極性液體環(huán)境中。
[0067]本發(fā)明中，本發(fā)明并不限定摩擦層30和/或摩擦層外表面包括的微結(jié)構(gòu)層必須是硬質(zhì)材料，也可以選擇柔性材料，因?yàn)椴牧系挠捕炔⒉挥绊懩Σ翆?0與液體二者之間的接觸效果，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。
[0068]摩擦層30的厚度對(duì)本發(fā)明的發(fā)電機(jī)的性能有顯著影響，只是在制備的過(guò)程中需要綜合考慮摩擦層強(qiáng)度與疏水效果及發(fā)電效率等因素。本發(fā)明優(yōu)選摩擦層為薄層，厚度為10nm-2cm,優(yōu)選10nm-1cm,更優(yōu)選I μ m-lmm,這些厚度對(duì)本發(fā)明中所有的技術(shù)方案都適用。摩擦層10的厚度越薄越好，但由于現(xiàn)有技術(shù)局限，最優(yōu)選為I μ m-100 μ m。優(yōu)選的，微結(jié)構(gòu)層的厚度介于2nm-200 μ m之間。
[0069]摩擦層的厚度沒有特別要求，為了提高發(fā)電機(jī)的輸出性能，優(yōu)選的，摩擦層的厚度范圍在納米級(jí)至微米級(jí)。
[0070]本實(shí)施例中的發(fā)電部件由2個(gè)電極層組成，常用的導(dǎo)體材料均可用于制備導(dǎo)電部件，例如金屬、有機(jī)物導(dǎo)體和導(dǎo)電的非金屬材料等，其中金屬可選金、銀、鉬、鋁、鎳、銅、鈦、鉻或硒，以及由上述金屬形成的合金；導(dǎo)電的非金屬材料可選自氧化銦錫ΙΤ0、摻雜的半導(dǎo)體或者導(dǎo)電高分子材料。
[0071 ] 發(fā)電部件中的2個(gè)電極層尺寸和形狀可以相同，也可以不同。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，減小電極層的寬度，可以提高發(fā)電機(jī)的輸出性能。優(yōu)選的，第一電極層或者第二電極層為長(zhǎng)條狀，沿著長(zhǎng)度方向平行排列，長(zhǎng)寬比為1:1至1000:1。
[0072]發(fā)電部件中，第一電極層21和第二電極層22為分隔設(shè)置，即二者之間需要留有一定的空隙，該空隙的存在是電子能夠通過(guò)負(fù)載或者檢測(cè)裝置等外接電路40在兩個(gè)電極層之間流動(dòng)的關(guān)鍵。理論研究和實(shí)驗(yàn)對(duì)比顯示，電極層之間的間距越小，越有利于提高輸出的電流密度和功率密度。因此，應(yīng)該優(yōu)先選用較小的電極層間距，但是考慮到放電的因素，該間距又不能過(guò)小。本發(fā)明認(rèn)為該間距優(yōu)選為10nm-5cm，更優(yōu)選0.lym-lcm。分隔的電極層可以通過(guò)選擇性鍍膜技術(shù)在襯底10上制備，也可以用導(dǎo)電的薄層或薄片直接切割而成。兩個(gè)電極層的厚度對(duì)發(fā)電機(jī)的性能沒有影響，可以為薄膜、薄片或者塊狀結(jié)構(gòu)，根據(jù)發(fā)電機(jī)的使用范圍和發(fā)電機(jī)的大小情況，可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇。
[0073]第一電極層21和第二電極層22的相對(duì)位置只要滿足在液體波動(dòng)方向上前后(或者上下)間隔設(shè)置外并沒有其他特殊限定，二者既可以位于同一個(gè)平面上，也可以位于不同的平面上，二者可以相互平行，也可以形成一定角度。優(yōu)選第一電極層21和第二電極層22位于同一個(gè)平面上，以減小二者之間的等效電容量，提高發(fā)電機(jī)的輸出電壓。
[0074]為了在提高電信號(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)。該填充介