一种摩擦纳米发电机及输出管理方法与流程

本发明涉及能源收集，尤指一种摩擦纳米发电机及输出管理方法。

背景技术：

1、界面静电击穿是在摩擦纳米发电机中普遍存在的现象，传统的摩擦纳米发电机根据其工作原理可以分为两类：基于摩擦起电和静电感应的交流摩擦纳米发电机，以及基于摩擦起电和静电击穿的直流摩擦纳米发电机。

2、在交流摩擦纳米发电机中，界面静电击穿会造成表面电荷密度下降，从而导致功率密度平方倍的降低，限制了交流摩擦纳米发电机的输出性能；在直流摩擦纳米发电机中，仅能够实现对固定电极边缘处的静电击穿能量的收集，但是无法收集滑动时接触界面的静电击穿产生的能量。

3、那么，如何收集接触界面静电击穿产生的能量，以提高摩擦纳米发电机的能量转换效率，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种摩擦纳米发电机及输出管理方法，用以收集接触界面静电击穿产生的能量，以提高摩擦纳米发电机的能量转换效率。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种摩擦纳米发电机，包括：第一摩擦部、第二摩擦部、收集电极；

3、所述第一摩擦部包括：叠层设置的第一摩擦层和第一支撑层；

4、所述第二摩擦部包括：叠层设置的第二摩擦层和第二支撑层，所述收集电极设于所述第二摩擦层与所述第二支撑层之间；

5、所述收集电极用于：在外力作用下，所述第一摩擦层与所述第二摩擦层接触且发生相对滑动，并在滑动时接触界面出现静电击穿时，引导所述静电击穿时放电电流的方向，并向外输出电信号。

6、第二方面，本发明实施例提供了一种输出管理方法，包括：

7、第一支路和第二支路均获取包括输出管理电路的摩擦纳米发电机中的收集电极输出的电信号；

8、所述第一支路提取所述电信号中的正信号并为第一负载供电，以及所述第二支路提取所述电信号中的负信号并为第二负载供电。

9、本发明有益效果如下：

10、本发明实施例提供的一种摩擦纳米发电机及输出管理方法，包括：第一摩擦部、第二摩擦部、收集电极；第一摩擦部包括：叠层设置的第一摩擦层和第一支撑层；第二摩擦部包括：叠层设置的第二摩擦层和第二支撑层，收集电极设于第二摩擦层与第二支撑层之间；收集电极用于：在外力作用下，第一摩擦层与第二摩擦层接触且发生相对滑动，并在滑动时接触界面出现静电击穿时，引导静电击穿时放电电流的方向，并向外输出电信号。如此，在第一摩擦层和第二摩擦层相对滑动，且在滑动的界面发生静电击穿时，能够通过收集电极引导接触界面处静电击穿产生的放电电流的方向，将放电电流聚集在收集电极处，从而实现了对摩擦纳米发电机接触界面处静电击穿产生的能量的收集，并将静电击穿释放的能量转化为电能，提高了摩擦纳米发电机的能量转换效率。

技术特征：

1.一种摩擦纳米发电机，其特征在于，包括：第一摩擦部、第二摩擦部、收集电极；

2.如权利要求1所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第一摩擦部设置有一个，所述收集电极设置有多个，各所述收集电极相互绝缘。

3.如权利要求1所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第一摩擦部设置有多个且间隔设置，所述收集电极设置有多个且间隔设置，各所述第一摩擦部与各所述收集电极对应设置；

4.如权利要求3所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，各所述第一摩擦部呈并列排列。

5.如权利要求3所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，各所述第一摩擦部呈环形排列。

6.如权利要求1-5任一项所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述摩擦纳米发电机还包括输出管理电路，所述输出管理电路包括第一支路和第二支路，所述第一支路和所述第二支路均与所述收集电极连接，所述第一支路还与第一负载连接，所述第二支路还与第二负载连接；

7.如权利要求6所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第一支路包括：第一二极管、第一电容；所述第一二极管的正极与所述收集电极电连接，所述第一二极管的负极与所述第一电容的第一端电连接；所述第一电容的第二端与所述第一负载电连接；

8.如权利要求6所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第一支路包括：第一二极管、第一电容、第一气体放电管、第一存储单元；所述第一二极管的正极与所述收集电极电连接，所述第一二极管的负极分别与所述第一电容的第一端、所述第一气体放电管的第一端电连接；所述第一气体放电管的第二端与所述第一存储单元电连接；所述第一电容的第二端与接地端电连接；所述第一存储单元还分别与所述第一负载、所述接地端电连接；

9.如权利要求8所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第一存储单元包括：第一电感、第三二极管、以及第三电容；所述第一电感的第一端分别与所述第一气体放电管的第二端、所述第三二极管的负极电连接，所述第一电感的第二端分别与所述第三电容的第一端、所述第一负载电连接；所述第三电容的第二端分别与所述第三二极管的正极、所述接地端电连接；

10.如权利要求1-9任一项所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第一摩擦部还包括第一缓冲层，所述第一缓冲层设于所述第一摩擦层与所述第一支撑层之间；

11.如权利要求10所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第二摩擦部还包括所述第二缓冲层；

12.如权利要求1-11任一项所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述收集电极的一端设于所述第二摩擦部内，所述收集电极的另一端延伸出所述第二摩擦部之外。

13.一种输出管理方法，其特征在于，包括：

技术总结本发明公开了一种摩擦纳米发电机及输出管理方法，包括：第一摩擦部、第二摩擦部、收集电极；第一摩擦部包括：叠层设置的第一摩擦层和第一支撑层；第二摩擦部包括：叠层设置的第二摩擦层和第二支撑层，收集电极设于第二摩擦层与第二支撑层之间；收集电极用于：在外力作用下，第一摩擦层与第二摩擦层接触且发生相对滑动，并在滑动时接触界面出现静电击穿时，引导静电击穿时放电电流的方向，并向外输出电信号。如此，在第一摩擦层和第二摩擦层相对滑动，且在滑动的界面发生静电击穿时，能够通过收集电极引导接触界面处静电击穿产生的放电电流的方向，将静电击穿释放的能量转化为电能，提高了摩擦纳米发电机的能量转换效率。技术研发人员：何礼霞,刘迪,高毅奎,王杰受保护的技术使用者：北京纳米能源与系统研究所技术研发日：技术公布日：2024/9/2