CN111835224A - 共形摩擦纳米发电机单体、共形结构及独立收集器 - Google Patents
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Abstract
一种共形摩擦纳米发电机单体、共形结构及独立收集器，共形摩擦纳米发电机单体，包括：载体层；两个电极层，分别贴附于载体层的上、下表面，与其边缘之间存在距离，使***部分的载体层暴露；两个摩擦层，分别对应包裹于两个电极层的***，覆盖于暴露的载体层之上，形成一封闭的夹心结构；其中，两个摩擦层位于不同的摩擦电序列。该单体结构的结构紧凑、性能可靠、便于直接进行共形复制，由共形摩擦纳米发电机单体形成的共形结构，能够基于接触‑分离式或单电极模式同时收集包括风能、振动能以及降落的雨滴能等多种形式机械能，由多个单体或者多个共形结构分布形成的独立收集器可用于大规模、长期收集多种环境机械能，具有高可靠性和高稳定性。
Description
技术领域
本公开属于能源收集技术领域，涉及一种共形摩擦纳米发电机单体、共形结构及独立收集器，特别是一种能够同时收集风能、振动能和降落雨滴能等多种形式的机械能的共形结构，组成该共形结构的共形摩擦纳米发电机单体、以及大量共形结构组成的独立收集器。
背景技术
随着化石燃料燃烧引起的温室气体排放的增加，地球表面温度的升高，这对生态***，生物多样性和人类生计产生了潜在的有害影响。因此，迫切需要寻找可持续和可再生能源。在周围环境中存在各种形式的能源，其中机械能是最广泛可用的能源之一。然而，环境机械能具有不规则振幅，低频率，不稳定性和广泛分布的特点，这限制了环境机械能的收集和应用。因此，新技术的发展对于收集环境机械能非常重要。
自2012年以来，基于麦克斯韦位移电流第二项，摩擦纳米发电机(TENG)作为一种新兴的技术，提供了一种可以有效地将环境机械能转换为电能的方法。摩擦纳米发电机有四种基本模式：垂直接触分离模式，横向滑动模式，单电极模式和独立层模式。在过去的七年里，基于不同的模式，设计者发明了不同结构的摩擦纳米发电机作为能量收集器用于收集机械能。
然而，目前的摩擦纳米发电机结构或者基于TENG结构的能量收集***的设计仅限于利用某一种机械能的形式实现能量的收集，不同形式的能源分别采用不同结构的摩擦纳米发电机进行收集，并不能同时实现多种形式能源的收集。
另外，即使有的结构能够同时实现两种形式能量的共同收集，其结构复杂，进一步进行拓展或者形成大的***则较难以现有结构进行直接复制或拓展，此外，拓展后的性能也并不能实现多个叠加的增强效果。因此，有必要提出一种能够同时收集多种形式能量的可拓展型器件结构。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本公开提供了一种共形摩擦纳米发电机单体、共形结构及独立收集器，以至少部分解决以上所提出的技术问题。
(二)技术方案
根据本公开的一个方面，提供了一种共形摩擦纳米发电机单体，包括：载体层10；第一电极层21和第二电极层22，分别贴附于该载体层10的上、下表面，与载体层10的边缘之间存在距离，使***部分的载体层10暴露；第一摩擦层31和第二摩擦层32，分别对应包裹于第一电极层21和第二电极层22的***，覆盖于所述暴露的载体层10之上，形成一封闭的夹心结构；其中，该第一摩擦层31与第二摩擦层32位于不同的摩擦电序列。
根据本公开的另一个方面，提供了一种共形结构，包含至少两个共形摩擦纳米发电机单体，相邻两个共形摩擦纳米发电机单体之间存在一设定距离，该设定距离满足相邻两个共形摩擦纳米发电机单体之间的接触和分离。
在本公开的一些实施例中，在风吹动作用下，至少两个相邻的共形摩擦纳米发电机单体之间发生接触-分离，将风能转化为电能；或者，在外力作用下该共形结构产生振动，至少两个相邻的共形摩擦纳米发电机单体之间发生接触-分离，将振动能转化为电能；或者，在降落的雨滴与该共形结构接触作用下，被接触到的共形摩擦纳米发电机单体将降落的雨滴携带的能量转化为电能。
在本公开的一些实施例中，载体层10的形状为叶片形，包括如下形状的一种或其组合形状：椭圆形、月牙形、分叉形、桃形、扇形以及不规则形状。
在本公开的一些实施例中，载体层10的材料为绝缘且具有弹性的支撑材料，包括：聚酰亚胺；和/或，载体层10的厚度介于100μm～500μm之间；和/或，第一摩擦层31和第二摩擦层32为绝缘材料，包括：聚四氟乙烯、尼龙；和/或，第一摩擦层31和第二摩擦层32的厚度为载体层10厚度的40％～90％。
在本公开的一些实施例中，所有或部分共形摩擦纳米发电机单体之间并联连接。
根据本公开的又一个方面，提供了一种独立收集器，包含N个共形摩擦纳米发电机单体，N≥2；或者包含M个共形结构，M≥1。
在本公开的一些实施例中，独立收集器中，共形摩擦纳米发电机单体进行分布的形式包括如下形式的一种或几种：树形分布、草形分布、花瓣式分布以及层式分布。
在本公开的一些实施例中，独立收集器为一发电树，若干个共形摩擦纳米发电机单体设置于该发电树的树干上，所有或部分共形摩擦纳米发电机单体之间并联连接，实现对多种形式机械能的同时收集，包括：风能、振动能以及降落的雨滴能。
在本公开的一些实施例中，独立收集器，还包括：能量储存装置，与所有或部分共形摩擦纳米发电机单体的输出连接。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开提供的共形摩擦纳米发电机单体、共形结构及独立收集器，具有以下有益效果：
1、设置的共形摩擦纳米发电机单体结构中，载体层与两侧的电极层及包裹电极层的摩擦层形成一个夹心结构，避免电极层的漏电，保证了器件的可靠性和稳定性，同时上下表面的摩擦层既作为与其他相邻单体进行摩擦或者与其他物体(例如下落的雨滴进行)接触的摩擦层，也作为该单体结构的封装层，结构紧凑；两侧的摩擦层位于不同摩擦电序列，对应不同的得失电子能力，从而在外界刺激下产生电势差，该单体结构的结构紧凑、性能可靠、便于直接进行共形复制，以此作为基本单元进行拓展后的性能能够叠加增强，这里的共形含义表示形状相同，尺寸大小可以不同。
2、至少两个共形摩擦纳米发电机单体形成的共形结构，能够基于接触-分离式工作模式或者单电极模式同时收集包括风能、振动能以及降落的雨滴能等在内的各种形式机械能，实验表明，随着单体数量的增加，全部单体并联之后的总输出极大程度的提高，实现多个叠加的增强效果。
3、基于大量的共形摩擦纳米发电机单体或者共形结构，本公开又提出了一种独立收集器，可以用于大规模、长期收集多种环境机械能，可设置于环境机械能集中的地方，作为俘获环境机械能的独立站点，其分布式布局形式多样，可以是例如树形分布的仿生结构，各单体结构具有较好的可靠性和稳定性，在环境监测、物联网及无线传感器网络等领域具有很大的应用前景。
附图说明
图1A为根据本公开一实施例所示的共形摩擦纳米发电机单体的俯视形状示意图。
图1B为沿着图1A所示的沿着A-A剖开的剖面示意图。
图2为根据本公开一实施例所示的共形结构的接触分离模式工作原理图。
图3为根据本公开一实施例所示的共形结构的单电极模式工作原理图。
图4为根据本公开一实施例所示的共形结构收集风能的测试结果，其中，(a)为包含两个共形摩擦纳米发电机单体的共形结构的整流短路电流和开路电压随风速增加的变化结果；(b)为在10m/s的风速下，随着单体数量的增加，所有单体并联之后的短路电流和开路电压的总输出的变化结果。
图5为根据本公开一实施例所示的共形结构收集振动能的测试结果，其中，(a)为包含两个共形摩擦纳米发电机单体的共形结构的整流短路电流和开路电压随振动频率增加的变化结果；(b)为在2.2Hz的振动频率下，随着单体数量的增加，所有单体并联之后的短路电流和开路电压的总输出的变化结果。
图6为根据本公开一实施例所示的共形结构收集雨滴能的测试结果，其中，(a)为包含两个共形摩擦纳米发电机单体的共形结构的整流短路电流和开路电压随雨滴流速增加的变化结果；(b)为在24ml/s雨滴流量下，随着单体数量的增加，所有单体并联之后的短路电流和开路电压的总输出的变化结果。
图7为根据本公开一实施例所示的独立收集器的示意图。
图8为根据本公开一实施例所示的发电树收集不同形式机械能的充电曲线结果图。
图9为根据本公开一实施例所示的发电树收集不同机械能的稳定性测试曲线结果图。
【符号说明】
10-载体层；
21-第一电极层；22-第二电极层；
31-第一摩擦层；32-第二摩擦层。
具体实施方式
本公开提供了一种共形摩擦纳米发电机单体、共形结构及独立收集器，至少两个共形摩擦纳米发电机单体形成的共形结构，能够基于接触-分离式工作模式或者单电极模式同时收集包括风能、振动能以及降落的雨滴能等在内的各种形式机械能，实验表明，随着单体数量的增加，全部单体并联之后的总输出极大程度的提高，实现多个叠加的增强效果，由多个单体或者多个共形结构分布形成的独立收集器可用于大规模、长期收集多种环境机械能，具有高可靠性和高稳定性，在环境监测、物联网及无线传感器网络等领域具有很大的应用前景。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
第一实施例
在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种共形摩擦纳米发电机单体。
图1A为根据本公开一实施例所示的共形摩擦纳米发电机单体的俯视形状示意图。图1B为沿着图1A所示的沿着A-A剖开的剖面示意图。
结合图1A和图1B所示，本公开的共形摩擦纳米发电机单体，包括：载体层10；第一电极层21和第二电极层22，分别贴附于该载体层10的上、下表面，与载体层10的边缘之间存在距离，使***部分的载体层10暴露；第一摩擦层31和第二摩擦层32，分别对应包裹于第一电极层21和第二电极层22的***，覆盖于暴露的载体层10之上，形成一封闭的夹心结构；其中，该第一摩擦层31与第二摩擦层32位于不同的摩擦电序列。
在本公开的一些实施例中，该共形摩擦纳米发电机单体的整体形状由载体层10的形状决定，包裹在电极层(包括第一电极层21和第二电极层22)***的摩擦层(包括第一摩擦层31和第二摩擦层32)实现包裹作用之后，覆盖于所述暴露的载体层10之上的部分可以刚好与载体层边缘平齐，如图1B所示；也可以小于载体层10的尺寸，存在部分载体层10的边缘暴露；还可以是超过载体层10的尺寸，两个摩擦层中第一摩擦层31和第二摩擦层32的宽度除了覆盖于暴露的载体层10之上的部分之外，还有延伸出载体层的部分，只要第一摩擦层31和第二摩擦层32之间不接触即可。
本实施例中，载体层10的形状为叶片形，包括但不限于如下形状的一种或其组合形状：椭圆形、月牙形、分叉形、桃形、扇形以及不规则形状。
在本公开的一些实施例中，载体层10的材料为绝缘且具有弹性的支撑材料，包括：聚酰亚胺；和/或，载体层10的厚度介于100μm～500μm之间；和/或，第一摩擦层31和第二摩擦层32为绝缘材料，包括：聚四氟乙烯、尼龙；和/或，第一摩擦层31和第二摩擦层32的厚度为载体层10厚度的40％～90％。
例如，本实施例中，载体层10采用的是仿椭圆形树叶的形状，如图1A所示。载体层10的材料为具有一定刚度和弹性的绝缘薄膜材料，在一实例中，载体层为厚度为150μm的聚酰亚胺(PI)，在载体层的正反两面贴上椭圆形第一电极21和第二电极22，两片电极表面分别覆盖有两种摩擦层材料，厚度比载体层10要薄10％-60％，形状略大于第一电极和第二电极的外形，以便能够完全覆盖第一电极21和第二电极22，避免漏电。第一摩擦层31和第二摩擦层32优选得失电子能力差异较大的薄膜材料。本实例所采用的第一摩擦层31是80μm厚的聚四氟乙烯(PTFE)，第二摩擦层32是80μm厚的尼龙(PA)。
本公开中的共形含义表示形状相同，尺寸大小可以不同。设置的共形摩擦纳米发电机单体结构中，载体层与两侧的电极层及包裹电极层的摩擦层形成一个夹心结构，避免电极层的漏电，保证了器件的可靠性和稳定性，同时上下表面的摩擦层既作为与其他相邻单体进行摩擦或者与其他物体(例如下落的雨滴进行)接触的摩擦层，也作为该单体结构的封装层，结构紧凑；两侧的摩擦层位于不同摩擦电序列，对应不同的得失电子能力，从而在外界刺激下产生电势差，该单体结构的结构紧凑、性能可靠、便于直接进行共形复制，以此作为基本单元进行拓展后的性能能够叠加增强。
下面以第二实施例和第三实施例介绍以上述单体结构如何进行拓展以及拓展后的器件。
第二实施例
在本公开的第二个示例性实施例中，提供了一种共形结构，包含至少两个共形摩擦纳米发电机单体，相邻两个共形摩擦纳米发电机单体之间存在一设定距离，该设定距离满足相邻两个共形摩擦纳米发电机单体之间的接触和分离。
在本公开的一些实施例中，在风吹动作用下，至少两个相邻的共形摩擦纳米发电机单体之间发生接触-分离，将风能转化为电能；或者，在外力作用下该共形结构产生振动，至少两个相邻的共形摩擦纳米发电机单体之间发生接触-分离，将振动能转化为电能；或者，在降落的雨滴与该共形结构接触作用下，被接触到的共形摩擦纳米发电机单体将降落的雨滴携带的能量转化为电能。
本实施例中，以包含两个共形摩擦纳米发电机单体的共形结构作为基础共形结构，其他多个数量的共形结构相当于在基础共形结构之上进行拓展。下面以基础共形结构为例，介绍包含至少两个共形摩擦纳米发电机单体的共形结构的工作原理。
共形结构的工作机制都是基于接触起电和静电感应原理，根据工作模式的不同，可以分为两种工作模式：接触分离式模式和单电极模式。
图2为根据本公开一实施例所示的共形结构的接触分离模式工作原理图。为了简洁和描述方便，图2中只绘制了共形结构中相邻两个单体的载体10局部、相对的第一摩擦层31和第二摩擦层32、及对应的第一电极21和第二电极22。在原始状态下，参见图2中(i)所示，两个相邻的单体之间保持一定的距离，由于没有电荷产生，第一电极21和第二电极22之间没有电势差。当风吹动或者振动时，参见图2中(ii)所示，将使相邻的单体紧密接触。根据摩擦电序列表，由于第二摩擦层32比第一摩擦层31更容易失去电子，第二摩擦层32表面的电子转移到第一摩擦层31表面，因此在第二摩擦层32和第一摩擦层31表面分别产生相等密度的摩擦电荷。当风或者振动间歇时，参见图2中(iii)所示，由于载体10的弹性，两个单体开始恢复到原始位置。因为第一电极21比第二电极22的电位更低，所以电子将通过外电路的负载从第一电极21流到第二电极22。电子的流动持续到两个单体恢复到原始位置，此时达到了静电平衡状态，参见图2中(iv)所示。然后，当该共形结构中的单体再次受到扰动时，参见图2中(v)所示，两个单体之间的距离减小，产生与上次相反的电势差，电子将以相反的方向即从第二电极22流回第一电极21。直至第二摩擦层32和第一摩擦层31表面完全接触时，达到另一个静电平衡状态，形成一个将振动能或者风能转化为电能的完整周期。
这里，接触-分离模式存在于至少包含两个共形摩擦纳米发电机单体的体系中，对于3个或者更多个单体的体系来说，原理相同，该接触-分离模式能同时将风能和振动能转化为电能。
图3为根据本公开一实施例所示的共形结构的单电极模式工作原理图。类似地，这里仅绘制载体10局部、第一摩擦层31及其对应的第一电极21。根据之前的研究，当水通过管道或者在空气中自由下落过程中，参见图3中(i)所示，由于水滴和空气的摩擦，水滴表面带有正电荷。当带有正电荷的雨滴流过第一摩擦层31时，由于第一电极21的电位比地的电位高，所以电子将从地流向第一电极21。自由电子的流动可以持续到电位差完全消失，参见图3中(iii)所示。一旦雨滴从第一摩擦层31表面流出，参见图3中(iv)所示，将在第一电极21和地之间形成一个负电位差，该电位差驱动电子从第一电极21流回地，直至达到初始状态，初始状态参见图3中(i)所示，整个过程展现了将雨滴携带的能量(成为雨滴能)转换为电能的过程。
基于第一实施例中的树叶形单体形状，将多个单体进行并联之后得到的共形结构进行了对三种形式机械能的收集效果测试，结果分别参见图4、图5及图6所示。
图4为根据本公开一实施例所示的共形结构收集风能的测试结果，其中，(a)为包含两个共形摩擦纳米发电机单体的共形结构的整流短路电流和开路电压随风速增加的变化结果；(b)为在10m/s的风速下，随着单体数量的增加，所有单体并联之后的短路电流和开路电压的总输出的变化结果。
原则上可以测试从微风到飓风，风速约为1m/s～27m/s，本实例测试了风速从2.5m/s增加到10m/s，电学输出的变化趋势，同时还测试了在固定风速下，所有的单体并联之后进行电学输出，随着并联单体数量增加，电学输出的变化趋势。如图4中(a)所示，随着风速的增加，基础共形结构的整流短路电流和开路电压均快速增加。在风速为10m/s时，短路电流高达约2μA，开路电压高达约140V。如图4中(b)所示，在10m/s的风速下，随着单体数量的增加，共形摩擦纳米发电机单体并联后的总输出短路电流几乎成倍增加。
图5为根据本公开一实施例所示的共形结构收集振动能的测试结果，其中，(a)为包含两个共形摩擦纳米发电机单体的共形结构的整流短路电流和开路电压随振动频率增加的变化结果；(b)为在2.2Hz的振动频率下，随着单体数量的增加，所有单体并联之后的短路电流和开路电压的总输出的变化结果。
器件能够收集的最低振动能频率与器件的本身材料和尺寸有关，本实例所制作的共形结构可以收集的最低振动能频率约0.8Hz。如图5中(a)所示，随着振动频率的增加，基础共形结构的短路电流迅速增加，达到约4μA的饱和值。如图5中(b)所示，在2.2Hz频率下，随着叶片单体数量从2片增加到5片，共形摩擦纳米发电机单体并联后的总输出短路电流几乎线性增加。
图6为根据本公开一实施例所示的共形结构收集雨滴能的测试结果，其中，(a)为包含两个共形摩擦纳米发电机单体的共形结构的整流短路电流和开路电压随雨滴流速增加的变化结果；(b)为在24ml/s雨滴流量下，随着单体数量的增加，所有单体并联之后的短路电流和开路电压的总输出的变化结果。
如图6中(a)所示，随着雨滴流量增加过程中，基础共形结构的输出短路电流和开路电压都有明显的增加。如图6中(b)所示，在雨滴流量为24ml/s时，随着叶片单体数量的增加，共形摩擦纳米发电机并联总输出短路电流快速增加到约20μA。
至少两个共形摩擦纳米发电机单体形成的共形结构，能够基于接触-分离式工作模式或者单电极模式同时收集包括风能、振动能以及降落的雨滴能等在内的各种形式机械能，实验测试结果表明，随着单体数量的增加，全部单体并联之后的总输出极大程度的提高，实现多个叠加的增强效果。
第三实施例
在本公开的第三个示例性实施例中，提供了一种独立收集器，包含N个共形摩擦纳米发电机单体，N≥2；或者包含M个共形结构，M≥1。
由图4-图6的测试结果分析得出：通过增加并联的叶片单体的数目，可以达到提高输出短路电流的目的。为实现收集分布式能源的目的，基于共形摩擦纳米发电机单体或共形结构，本公开又提出了用于收集多种环境机械能的独立收集器。该独立收集器可以放置于环境机械能集中的地方，作为俘获环境机械能的独立站点，可以为电容充电或为小功率设备供电，众多的独立收集器布局，可以实现分布式能源的收集。
本实施例中，该独立收集器包含多个共形摩擦纳米发电机单体或者多个共形结构，多个共形摩擦纳米发电机单体之间或者共形结构之间的电学连接方式为并联，即将所有单体的第一摩擦层31对应的第一电极21连接在一起，所有单体的第二摩擦层32对应的第二电极22连接在一起，作为两个电学输出端。
本实施例的独立收集器中，共形摩擦纳米发电机单体进行分布的形式包括如下形式的一种或几种：树形分布、草形分布、花瓣式分布以及层式分布。在环境机械能集中的地方，可以放置多个独立收集器进行布局，实现分布式能源的收集。
图7为根据本公开一实施例所示的独立收集器的示意图。
在本公开的一些实施例中，参照图7所示，独立收集器为一发电树，若干个共形摩擦纳米发电机单体设置于该发电树的树干上，所有或部分共形摩擦纳米发电机单体之间并联连接，实现对多种形式机械能的同时收集，包括：风能、振动能以及降落的雨滴能。
在风吹动作用下，至少两个相邻的共形摩擦纳米发电机单体之间发生接触-分离，将风能转化为电能；或者，在外力作用下该共形结构产生振动，至少两个相邻的共形摩擦纳米发电机单体之间发生接触-分离，将振动能转化为电能；或者，在降落的雨滴与该共形结构接触作用下，被接触到的共形摩擦纳米发电机单体将降落的雨滴携带的能量转化为电能。
在本公开的一些实施例中，独立收集器，还包括：能量储存装置，与所有或部分共形摩擦纳米发电机单体的输出连接。例如，能量储存装置为电容器。
图8为根据本公开一实施例所示的发电树收集不同形式机械能的充电曲线结果图。
如图8所示，发电树在恒定的风速恒定的振动频率和恒定的雨滴流量下，在一分钟内分别可以产生约5V，7.5V，11V的电压并存储在电容器中。这证明了以叶形摩擦纳米发电树为例的独立收集器在收集多种能量并存储电能方面具有优异的能力。
图9为根据本公开一实施例所示的发电树收集不同机械能的稳定性测试曲线结果图。
图9示意了在连续10天的相同时段测试发电树收集风能、振动能及雨滴能过程中，整个发电树输出的短路电流变化情况。如图9所示，在一定的时间内，整个发电树的输出短路电流几乎无明显的降低，结果表明以叶形摩擦纳米发电树为例的独立收集器具有优异的稳定性和耐久性。
综上所述，本公开提供了一种共形摩擦纳米发电机单体、共形结构及独立收集器，设置的共形摩擦纳米发电机单体结构中，载体层与两侧的电极层及包裹电极层的摩擦层形成一个夹心结构，避免电极层的漏电，保证了器件的可靠性和稳定性，同时上下表面的摩擦层既作为与其他相邻单体进行摩擦或者与其他物体(例如下落的雨滴进行)接触的摩擦层，也作为该单体结构的封装层，结构紧凑；两侧的摩擦层位于不同摩擦电序列，对应不同的得失电子能力，从而在外界刺激下产生电势差，该单体结构的结构紧凑、性能可靠、便于直接进行共形复制，以此作为基本单元进行拓展后的性能能够叠加增强。至少两个共形摩擦纳米发电机单体形成的共形结构，能够基于接触-分离式工作模式或者单电极模式同时收集包括风能、振动能以及降落的雨滴能等在内的各种形式机械能，实验表明，随着单体数量的增加，全部单体并联之后的总输出极大程度的提高，实现多个叠加的增强效果。基于大量的共形摩擦纳米发电机单体或者共形结构提出了一种独立收集器，可以用于大规模、长期收集多种环境机械能，可设置于环境机械能集中的地方，作为俘获环境机械能的独立站点，其分布式布局形式多样，可以是例如树形分布的仿生结构，各单体结构具有较好的可靠性和稳定性，在环境监测、物联网及无线传感器网络等领域具有很大的应用前景。
需要说明的是，在附图中示出了根据本公开所示实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种数据、形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术有限而造成的偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置。
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，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
再者，单词“包含”或“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种共形摩擦纳米发电机单体，其特征在于，包括：
载体层(10)；
第一电极层(21)和第二电极层(22)，分别贴附于该载体层(10)的上、下表面，与载体层(10)的边缘之间存在距离，使***部分的载体层(10)暴露；
第一摩擦层(31)和第二摩擦层(32)，分别对应包裹于第一电极层(21)和第二电极层(22)的***，覆盖于所述暴露的载体层(10)之上，形成一封闭的夹心结构；
其中，该第一摩擦层(31)与第二摩擦层(32)位于不同的摩擦电序列。
2.一种共形结构，其特征在于，包含至少两个如权利要求1所述的共形摩擦纳米发电机单体，相邻两个共形摩擦纳米发电机单体之间存在一设定距离，该设定距离满足相邻两个共形摩擦纳米发电机单体之间的接触和分离。
3.根据权利要求2所述的共形结构，其特征在于，
在风吹动作用下，至少两个相邻的共形摩擦纳米发电机单体之间发生接触-分离，将风能转化为电能；或者，
在外力作用下该共形结构产生振动，至少两个相邻的共形摩擦纳米发电机单体之间发生接触-分离，将振动能转化为电能；或者，
在降落的雨滴与该共形结构接触作用下，被接触到的共形摩擦纳米发电机单体将降落的雨滴携带的能量转化为电能。
4.根据权利要求2或3所述的共形结构，其特征在于，所述载体层(10)的形状为叶片形，包括如下形状的一种或其组合形状：椭圆形、月牙形、分叉形、桃形、扇形以及不规则形状。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的共形结构，其特征在于，
所述载体层(10)的材料为绝缘且具有弹性的支撑材料，包括：聚酰亚胺；和/或，
所述载体层(10)的厚度介于100μm～500μm之间；和/或，
所述第一摩擦层(31)和第二摩擦层(32)为绝缘材料，包括：聚四氟乙烯、尼龙；和/或，
所述第一摩擦层(31)和第二摩擦层(32)的厚度为载体层(10)厚度的40％～90％。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的共形结构，其特征在于，所有或部分共形摩擦纳米发电机单体之间并联连接。
7.一种独立收集器，其特征在于，包含N个如权利要求1所述的共形摩擦纳米发电机单体，N≥2；或者包含M个如权利要求2至6中任一项所述的共形结构，M≥1。
8.根据权利要求7所述的独立收集器，其特征在于，所述共形摩擦纳米发电机单体进行分布的形式包括如下形式的一种或几种：树形分布、草形分布、花瓣式分布以及层式分布。
9.根据权利要求7或8所述的独立收集器，其特征在于，所述独立收集器为一发电树，若干个共形摩擦纳米发电机单体设置于该发电树的树干上，所有或部分共形摩擦纳米发电机单体之间并联连接，实现对多种形式机械能的同时收集，包括：风能、振动能以及降落的雨滴能。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的独立收集器，其特征在于，还包括：能量储存装置，与所有或部分共形摩擦纳米发电机单体的输出连接。
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