技术领域 本发明涉及一种风力发电机， 特别涉及一种利用风力驱动接触摩擦 进行发电的纳米发电机。

背景技术 随着物联网技术的迅速兴起， 大量新型具有多种功能和高度集成化 的微型电子器件不断被开发出来， 并在人们日常生活的各个领域展现出 前所未有的应用前景。 然而， 和这些微型电子器件所匹配的电源系统的 研究却相对滞后， 一般说来， 这些微型电子器件的电源都是直接或者间 接来自于电池。 电池不仅体积较大、 质量较重， 而且含有的有毒化学物 质对环境和人体存在潜在的危害。 因此， 开发出能将运动、 振动等自然 存在的机械能转化为电能的技术具有极其重要 的意义。

风能作为一种潜能巨大的绿色清洁能源， 从古至今一直受到人们的 重视。 通过高效的利用和储存风能来解决目前面临的 能源紧缺问题， 已 经成了全世界人们的一个共识。 其中， 风力发电是最为主要和重要的一 个风能利用途径。 但是目前的风力发电都是通过风驱动风车的转 动把风 的动能转变成机械能， 再通过发电机把机械能转化为电能。 而且为了稳 定发电， 还必须附加一个把风车转速提高到发电机额定 转速的齿轮变速 箱， 和一个调速机构使转速保持稳定。 可见， 整个风力发电机的结构很 复杂， 需要很多大型的组件， 根本无法满足微型电子器件的供电要求。

发明内容 为了克服现有技术中的上述问题， 本发明提供一种基于接触摩擦发 电的风力纳米发电机， 利用风的动能及动能的变化性驱动两个摩擦层 发 生接触和分离， 进而产生电信号向外输出。 为实现上述目的， 本发明提供一种风力摩擦纳米发电机， 包括第一 部件和能够发生弹性弯曲形变的第二部件：

所述第一部件包括第一导电元件， 和与所述第一导电元件上表面直 接贴合的第一摩擦层；

所述第二部件包括第二摩擦层， 和与所述第二摩擦层上表面直接贴 合的第二导电元件；

所述第一部件和第二部件至少一端相对固定， 并且所述第一摩擦层 和第二摩擦层面对面；

在风力的作用下至少部分所述第一摩擦层的上 表面与所述第二摩 擦层的下表面形成接触-分离循环，并通过所� �第一导电元件和第二导电 元件向外电路输出电信号；

优选地， 所述第一摩擦层的上表面材料和所述第二摩擦 层的下表面 材料之间有摩擦电极序差异；

优选地，所述第二部件的一端固定在第一部件 上，另一端为自由端； 优选地， 所述第二部件的两端固定在第一部件上使所述 第二摩擦层 形成一曲面， 并且至少部分所述第一摩擦层的上表面和所述 第二摩擦层 的下表面之间形成间隙；

优选地，还包括一挡板，所述挡板与所述第二 部件面对面间隔放置， 使所述第二部件位于所述挡板和所述第一部件 之间；

优选地， 所述挡板与所述第一部件平行；

优选地， 所述挡板在面向第二部件的表面上有立体结构 或增设辅助 部件；

优选地， 所述第二部件是弹性的， 杨氏模量在 lOMPa到 lOGPa之 间；

优选地，所述第一摩擦层和 /或第二摩擦层为绝缘材料或半导体材料; 优选地， 所述绝缘材料选自聚四氟乙烯、 聚二甲基硅氧垸、 聚酰亚 胺、 聚二苯基丙垸碳酸酯、 聚对苯二甲酸乙二醇酯、 苯胺甲醛树脂、 聚 甲醛、 乙基纤维素、 聚酰胺、 三聚氰胺甲醛、 聚乙二醇丁二酸酯、 纤维 素、 纤维素乙酸酯、 聚己二酸乙二醇酯、 聚邻苯二甲酸二烯丙酯、 再生 纤维海绵、 聚氨酯弹性体、 苯乙烯丙烯共聚物、 苯乙烯丁二烯共聚物、 人造纤维、 聚甲基丙烯酸酯、 聚乙烯醇、 聚酯、 聚异丁烯、 聚氨酯柔性 海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁 醛、酚醛树脂、氯丁橡胶、 丁二烯丙烯共聚物、 天然橡胶、 聚丙烯腈、 聚 (偏氯乙烯 -co-丙烯腈：)、 聚 乙烯丙二酚碳酸盐， 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、 聚双苯酚碳酸酯、 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； 所述 的半导体材料选自硅、锗、第 III和第 V族化合物、第 II和第 VI族化合物、 氧化物、 由 III-V族化合物和 II -VI族化合物组成的固溶体、 非晶态的玻 璃半导体和有机半导体；

优选地， 所述绝缘材料选自聚苯乙烯、 聚乙烯、 聚丙烯、 聚二苯基 丙垸碳酸酯、 聚对苯二甲酸乙二醇酯、 聚酰亚胺、 聚氯乙烯、 聚二甲基 硅氧垸、 聚三氟氯乙烯、 聚四氟乙烯和派瑞林； 所述第 III和第 V族化合 物选自砷化镓和磷化镓； 所述第 II和第 VI族化合物选自硫化镉和硫化锌; 所述氧化物选自锰、 铬、 铁或铜的氧化物； 所述由 III-V族化合物和 II - VI族化合物组成的固溶体选自镓铝砷和镓砷磷� ��

优选地， 所述第一摩擦层和 /或第二摩擦层为非导电氧化物、半导体 氧化物或复杂氧化物，包括氧化硅、氧化铝， 氧化锰、氧化铬、氧化铁、 氧化钛、 氧化铜、 氧化锌、 Bi0 ₂ 或 Y ₂ 0 ₃ 。

优选地，所述第一摩擦层上表面和 /或第二摩擦层的下表面分布有微 米或次微米量级的微结构；

优选地， 所述微结构选自纳米线、 纳米管、 纳米颗粒、 纳米棒、 纳 米沟槽、 微米沟槽、 纳米锥、 微米锥、 纳米球和微米球状结构；

优选地，所述第一摩擦层上表面和 /或第二摩擦层的下表面有纳米材 料的点缀或涂层；

优选地，所述第一摩擦层上表面和 /或第二摩擦层的下表面经过化学 改性，使得在极性为正的材料表面引入容易失 去电子的官能团和 /或在极 性为负的材料表面引入容易得到电子的官能团 ；

优选地，所述第一摩擦层上表面和 /或第二摩擦层的下表面经过化学 改性，使得在极性为正的材料表面引入正电荷 和 /或在极性为负的材料表 面引入负电荷；

优选地， 所述第一摩擦层为导电材料并且与所述第一导 电元件合二 为一， 或， 所述第二摩擦层为导电材料并且与所述第二导 电元件合二为 优选地， 构成所述第一摩擦层或第 摩擦层的所述导电材料选自金 属和导电氧化物；

优选地， 所述金属选自金、 银、 铂 铝、 镍、 铜、 钛、 铬或硒， 以 及由上述金属形成的合金；

优选地，所述第一导电元件和 /或第 优选地，所述第一导电元件和 /或第二导电元件选自金、银、铂、铝、 镍、 铜、 钛、 铬或硒， 以及由上述金属形成的合金；

优选地， 包括 1个所述第一部件和 1个所述第二部件；

优选地， 包括 1个所述第一部件和 2个所述第二部件， 其中所述第 一部件由导电的所述第一摩擦层构成， 2个所述第二部件分别位于所述 第一摩擦层的上下两侧；

优选地， 2个所述第二部件中的第二摩擦层与所述第一� �擦层相比， 具有相同的摩擦电极序趋势。 本发明还提供一种发电机组， 由 2个前述任一种发电机构成， 所述 2个发电机相对放置， 使两个第二部件面对面并有一定间隔；

优选地， 所述 2个发电机相同；

优选地， 所述 2个发电机的第一部件互相平行；

优选地， 所述 2个发电机的第一部件之间形成一夹角；

优选地， 所述 2个发电机的方向相同。

本发明还提供一种层状发电机组， 由 2个以上前述的发电机组纵向 叠加构成， 并且在两个相邻发电机组的第一部件之间设置 连接件使二者 相连； 优选地， 所述连接件由绝缘材料制成；

优选地， 所有所述发电机组的第一部件均平行；

优选地， 所有所述发电机组中发电机的方向均相同；

优选地， 所有所述发电机组中的发电机均相同；

优选地， 所有相邻发电机组中互相接触的 2个所述第一摩擦层均为 导电材料， 并且将二者合二为一成为共用第一摩擦层；

优选地， 所述共用第一摩擦层与其两侧的第二摩擦层相 比， 具有相 同的摩擦电极序趋势。

与现有技术相比， 本发明的风力摩擦纳米发电机具有下列优点：

1、 全新的结构设计使风能微型发电变为现实。 本发明的发电机巧 妙地利用了弹性材料的弯曲形变和该形变对气 体流动的影响， 首次成功 地实现了由非周期性变化的动力源驱动摩擦纳 米发电机正常工作的目 的， 从而制备出了可以用于各种领域的微型风力发 电机。

2、 能量的高效利用。 传统的风力发电机必须三级以上的自然风才 能驱动， 而本发明的发电机在轻微的风力扰动下即可工 作。 特别是用在 某些器件上时， 可利用器件本身运动所产生的气流来驱动， 使得本发明 发电机可以收集更为多样化的能量， 并且不受天气条件的影响， 实现能 量的高效利用。

3、 结构简单、 轻巧便携和高度兼容。 本发明的风力发电机无需风 车、变速箱、调速机、发电机等组件， 结构简单， 体积很小， 制作方便、 成本低廉、 能够安装在各种微型电子器件上， 无需特殊的工作环境， 因 此具有很高的兼容性。

4、 用途广泛。 通过对发电机中第一摩擦层的上表面和第二摩 擦层 的下表面进行物理改性或化学改性， 引入纳米结构图案或涂纳米材料等， 还可以进一歩提高摩擦纳米发电机工作时所产 生的接触电荷密度， 从而 提高发电机的输出能力。因此，本发明的发电 机不仅能作为小型功率源， 同时也可用于大功率发电。 附图说明 通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特 征和优势将更加清晰。 在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分 。 并未刻意按实际尺寸等 比例缩放绘制附图， 重点在于示出本发明的主旨。

图 1为本发明风力摩擦纳米发电机的一种典型结� �示意图，其中（a) 为外观示意图， （b)为剖面结构示意图， （c)和 （d)是在风力作用下的 结构示意图；

图 2为本发明风力摩擦纳米发电机的发电原理的� �面示意图； 图 3为本发明风力摩擦纳米发电机的另一种典型� �构示意图， 其中 (a)为第一摩擦层和第一导电元件合二为一的情 况， （b)为第二摩擦层 和第二导电元件合二为一的情况， （c) 为两个发电机共用一个导电第一 摩擦层的情况；

图 4为本发明带挡板的风力摩擦纳米发电机的典� �结构示意图； 图 5为图 4所示发电机在风力作用下的结构示意图；

图 6为本发明风力摩擦纳米发电机组的一种典型� �构示意图； 图 7为图 6所示发电机组在风力作用下的结构示意图；

图 8为本发明的层状风力摩擦纳米发电机组的典� �结构示意图， 其 中（a)为所有发电机方向相同的情况，（b)为� �电机的方向不同的情况； 图 9为本发明的层状风力摩擦纳米发电机组的另� �种典型结构示意 图；

图 10 为本发明的层状风力摩擦纳米发电机组的另一 种典型结构示 意图；

图 11 为本发明的层状风力摩擦纳米发电机组的另一 种典型结构示 意图；

图 12 为本发明的层状风力摩擦纳米发电机组的另一 种典型结构示 意图；

图 13 为本发明风力摩擦纳米发电机第一部件单端固 定的典型结构 示意图；

图 14为本发明风力摩擦纳米发电机在吹风机提供� ��、 5m/s的风速 下驱动点亮 80盏商用 LED灯泡的实时照片。

具体实施方式 下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案 进行清楚、 完整地描述。 显然， 所描述的实施例仅是本发明一部分实施 例， 而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人 员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有 其他实施例， 都属于本发 明保护的范围。

其次， 本发明结合示意图进行详细描述， 在详述本发明实施例时， 为便于说明，所述示意图只是示例，其在此不 应限制本发明保护的范围。

本发明提供一种将风能转化为电能的、 结构简单的摩擦纳米发电机， 能够为微型电子器件提供匹配的电源。 本发明的摩擦纳米发电机利用了 在摩擦电极序中的极性存在差异的材料接触时 产生表面电荷转移的现 象， 将风力产生的机械能转化为电能。

本发明中所述的 "摩擦电极序"， 是指根据材料对电荷的吸引程度 将其进行的排序， 两种材料在相互接触的瞬间， 在接触面上负电荷从摩 擦电极序中极性较正的材料表面转移至摩擦电 极序中极性较负的材料 表面。 迄今为止， 还没有一种统一的理论能够完整的解释电荷转 移的机 制， 一般认为， 这种电荷转移和材料的表面功函数相关， 通过电子或者 离子在接触面上的转移而实现电荷转移。 需要说明的是， 摩擦电极序只 是一种基于经验的统计结果， 即两种材料在该序列中相差越远， 接触后 所产生电荷的正负性和该序列相符合的几率就 越大， 而且实际的结果受 到多种因素的影响， 比如材料表面粗糙度、 环境湿度和是否有相对摩擦 本发明中所述的 "接触电荷"， 是指在两种摩擦电极序极性存在差 异的材料在接触摩擦并分离后其表面所带有的 电荷， 一般认为， 该电荷 只分布在材料的表面，分布最大深度不过约为 10纳米。需要说明的是， 接触电荷的符号是净电荷的符号， 即在带有正接触电荷的材料表面的局 部地区可能存在负电荷的聚集区域， 但整个表面净电荷的符号为正。 本发明中 "发电机的方向"指的是平行于发电机第一摩擦� ��的平面 并垂直于第二导电元件中被固定的边长的方向 。

图 1是本发明风力摩擦纳米发电机的一种典型结� �。 从下至上依次 包括第一部件和能够发生弹性弯曲形变的第二 部件， 其中第一部件包括 第一导电元件 11、 与所述第一导电元件 11上表面接触放置的第一摩擦 层 10， 第二部件包括与所述第一摩擦层 10对面放置的第二摩擦层 20、 与第二摩擦层 20上表面固定接触放置的第二导电元件 21 ; 其中第二部 件为一曲面并通过两端固定在第一部件中第一 摩擦层 10 的上表面， 从 而使第二摩擦层 20的下表面和第一摩擦层 10的上表面之间形成拱形空 隙（参见图 1-a和图 l-b)， 为使该空隙能够得以保持， 由第二摩擦层 20 和其上表面的第二导电元件 21 所构成的第二部件整体应具有弹性弯曲 形变的特性； 当风吹过纳米发电机时， 第二部件在风力的作用下发生弯 曲形变， 使第二摩擦层 20的下表面与第一摩擦层 10的上表面发生部分 接触形成接触摩擦面， 并且风向不同时， 发生形变的位置不同， 导致该 接触摩擦面的面积和位置也不同， 图 1-c和图 1-d示意出 2种比较典型 的弯曲形变方式； 当风力减弱或风向变化导致作用在第二摩擦层 20 和 第二导电元件 21 上的力减弱时， 自身的弹性使得二者部分或全部恢复 原状， 或者形变的位置和方式发生变化， 导致之前形成的接触摩擦面因 第一摩擦层 10和第二摩擦层 20的局部分离而消失， 接触摩擦的面积因 此发生变化， 从而通过第一导电元件 11和第二导电元件 21向外电路输 出电信号。 对于图 1-c所示的情况， 即便风速是恒定的， 由于风垂直吹 到第二部件后， 会改变方向沿着第二部件的表面向四周扩散开 去， 这样 就形成与第二部件平行的气流， 该气流会导致第二部件的受迫振动， 即 颤振， 造成两摩擦层之间的分离和接触， 从而形成电流的输出。

为了方便说明， 以下将结合图 1 的典型结构来描述本发明的原理、 各部件的选择原则以及材料范围， 但是很显然这些内容并不仅局限于图 1所示的实施例， 而是可以用于本发明所公开的所有技术方案。

由于本发电机电信号的产生和输出是通过第一 摩擦层 10和第二摩 擦层 20的接触-分离过程来实现的， 因此此处仅以二者接触部位的局部 放大图为例来说明发电机的工作原理， 使得整个过程更为清楚， 具体参 见图 2。在没有外力的初始状态下， 由于第二部件中的第二摩擦层 20和 /或第二导电元件 21本身的弹性， 第一摩擦层 10和第二摩擦层 20之间 存在一定的间隔 （参见图 2中 A歩骤）。 当有风吹过时， 会有部分力作 用在第二部件上， 使第二摩擦层 20和第二导电元件 21发生弯曲形变， 从而使第二摩擦层 20与第一摩擦层 10接触， 由于这两个摩擦层分别由 具有摩擦电极序差的材料形成， 因此在接触的瞬间发生表面电荷转移， 形成一层表面接触电荷（参见图 2中 B歩骤）。 根据第一摩擦层 10和第 二摩擦层 20的材料在摩擦电极序中的相对位置， 第二摩擦层 20表面产 生正电荷， 而第一摩擦层 10表面产生负电荷， 两种电荷的电量大小相 同， 因此在第一导电元件 11和第二导电元件 21之间没有电势差， 也就 没有电荷流动。 当和第二摩擦层 20相互作用的气流的强度和 /或方向改 变而造成第二摩擦层的颤振时， 在第二摩擦层 20和 /或第二导电元件 21 的弹性作用下， 第一摩擦层 10与第二摩擦层 20开始分离， 此时由第一 导电元件 11和第一摩擦层 10所构成的第一部件具有净剩负电荷， 而第 二导电元件 21和第二摩擦层 20所构成的第二部件具有净剩正电荷， 因 此在第一导电元件 11和第二导电元件 21之间产生了电势差。 为平衡该 电势差， 电子通过外接导线由第二导电元件 21流入第一导电元件 11， 从而在外电路产生由第一电极层到第二电极层 的瞬时电流 （参见图 2中 C歩骤）， 当第一摩擦层 10回到初始位置时，它与第二摩擦层 20之间的 间距达到最大， 二者的电荷都达到平衡， 在第一导电元件 11 和第二导 电元件 21之间没有电势差，在外电路也就没有电流产� ��（参见图 2中 D 歩骤）。 当风力再度作用时， 由于第一导电元件 11与第二摩擦层 20的 间距变小， 第二摩擦层 20表面的正电荷对第一导电元件 11中正电荷的 排斥作用增强， 同时第一摩擦层 10表面的负电荷对第二导电元件 21中 正电荷的吸引作用也增强， 由此导致第一导电元件 11 和第二导电元件 21之间产生与之前方向相反的电势差。 为进一歩平衡该电势差， 电子通 过外电路由第一导电元件 11流入第二导电元件 21， 从而在外电路产生 与第一次方向相反的瞬时电流（参见图 2中歩骤 E)。当作用在第一摩擦 层上的外力继续施加使其与第二摩擦层 20 发生接触后， 就又重复上面 B-E歩骤的情形。 由此可以看出， 本发明的发电机能够工作的前提是风 本身所具有的方向、 大小的多变性以及弹性物质与风之间的相互作 用， 使得作用在第二摩擦层 20 上的有效压力会发生变化， 能够实现第一摩 擦层 10和第二摩擦层 20之间不断的接触和分离， 形成脉冲电信号向外 输出。

通过本发明上面提供的工作原理， 本领域的技术人员能够清楚地认 识到风力摩擦纳米发电机的工作方式， 从而能够了解各部件材料的选择 原则。 以下给出适用本发明中所有技术方案的各部件 材料的可选择范围， 在实际应用时可以根据实际需要来做具体选择 ， 从而达到调控发电机输 出性能的目的。

第一摩擦层 10和第二摩擦层 20分别由具有不同摩擦电特性的材料 组成， 所述的不同摩擦电特性意味着二者在摩擦电极 序中处于不同的位 置， 从而使得二者在发生摩擦的过程中能够在表面 产生接触电荷。 常规 的高分子聚合物都具有摩擦电特性， 均可以作为制备本发明第一摩擦层 10和第二摩擦层 20的材料， 此处列举一些常用的高分子聚合物材料： 聚四氟乙烯、 聚二甲基硅氧垸、 聚酰亚胺、 聚二苯基丙垸碳酸酯、 聚对 苯二甲酸乙二醇酯、 苯胺甲醛树脂、 聚甲醛、 乙基纤维素、 聚酰胺、 三 聚氰胺甲醛、 聚乙二醇丁二酸酯、 纤维素、 纤维素乙酸酯、 聚己二酸乙 二醇酯、 聚邻苯二甲酸二烯丙酯、 再生纤维海绵、 聚氨酯弹性体、 苯乙 烯丙烯共聚物、 苯乙烯丁二烯共聚物、 人造纤维、 聚甲基丙烯酸酯、 聚 乙烯醇、 聚酯、 聚异丁烯、 聚氨酯柔性海绵、 聚对苯二甲酸乙二醇酯、 聚乙烯醇缩丁醛、酚醛树脂、氯丁橡胶、丁二 烯丙烯共聚物、天然橡胶、 聚丙烯腈、 聚 (偏氯乙烯 -co-丙烯腈)、 聚乙烯丙二酚碳酸盐， 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、 聚双苯酚碳酸酯、 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。 限于篇幅的原因， 并不能对所有可能 的材料进行穷举， 此处仅列出几种具体的聚合物材料从人们参考 ， 但是 显然这些具体的材料并不能成为本发明保护范 围的限制性因素， 因为在 发明的启示下， 本领域的技术人员根据这些材料所具有的摩擦 电特性很 容易选择其他类似的材料。

相对于绝缘体， 半导体和金属均具有容易失去电子的摩擦电特 性， 在摩擦电极序的列表中常和高分子材料相差较 大。 因此， 半导体和金属 也可以作为制备第一摩擦层 10或第二摩擦层 20的原料。 常用的半导体 包括硅、 锗； 第 III和第 V族化合物， 例如砷化镓、 磷化镓等； 第 II和第 VI族化合物， 例如硫化镉、 硫化锌等； 以及由 III-V族化合物和 π -νι族 化合物组成的固溶体， 例如镓铝砷、 镓砷磷等。 除上述晶态半导体外， 还有非晶态的玻璃半导体、 有机半导体等。 非导电性氧化物、 半导体氧 化物和复杂氧化物也具有摩擦电特性， 能够在摩擦过程形成表面电荷， 因此也可以用来作为本发明的摩擦层， 例如锰、 铬、 铁、 铜的氧化物， 还包括氧化硅、 氧化锰、 氧化铬、 氧化铁、 氧化铜、 氧化锌、 Βι0 ₂ 和 Υ ₂ 0 ₃ ; 常用的金属包括金、 银、 铂、 铝、 镍、 铜、 钛、 铬或硒， 以及由 上述金属形成的合金。 当然， 还可以使用其他具有导电特性的材料充当 容易失去电子的摩擦层材料， 例如铟锡氧化物 ιτο、 掺杂的半导体和导 电有机物。 其中， 导电有机物一般为导电高分子， 包括自聚吡咯、 聚苯 硫醚、 聚酞菁类化合物、 聚苯胺和 /或聚噻吩。

当使用导电材料作为摩擦层时， 可以将导电元件与摩擦层合二为一， 这样可以简化制备工序、 降低成本， 更利于工业上的推广和应用。 例如 图 3所示的实施方式，其中图 3-a为由导电材料制备的第一摩擦层 10和 第一导电元件 11 合二为一， 具体结构包括第一部件和能够发生弹性弯 曲形变的第二部件， 其中第一部件包括导电的第一摩擦层 10， 第二部件 包括与所述第一摩擦层 10对面放置的第二摩擦层 20和与第二摩擦层 20 上表面固定接触放置的第二导电元件 21 ;其中第二部件为一曲面并通过 两端固定在第一部件中第一摩擦层 10的上表面， 从而使第二摩擦层 20 的下表面和第一摩擦层 10的上表面之间形成拱形空隙。图 3-b为第二摩 擦层 20和第二导电元件 21合为一层， 具体包括第一部件和能够发生弹 性弯曲形变的第二部件， 其中第一部件包括第一导电元件 11 和与第一 导电元件 11上表面贴合放置的第一摩擦层 10， 第二部件包括与所述第 一摩擦层 10对面放置的导电的第二摩擦层 20; 其中第二部件为一曲面 并通过两端固定在第一部件中第一摩擦层 10 的上表面， 从而使第二摩 擦层 20的下表面和第一摩擦层 10的上表面之间形成拱形空隙。 图 3-c 为两个发电机共用一个导电的第一摩擦层 10 的情形， 为了防止在该共 用的第一摩擦层 10 的两个表面所产生的接触电荷由于电性相异而 互相 中和， 应确保该共用的第一摩擦层 10与其两侧的第二摩擦层 20相比， 具有相同的摩擦电极序趋势， 即如果第一摩擦层 10 相比于其上侧的第 二摩擦层 20 具有较正的摩擦电极序， 那么相对于其下侧的第二摩擦层 20也具有较正的摩擦电极序。在满足该条件的� ��况下， 上下两侧的第二 摩擦层可以相同也可以不同。

通过实验发现， 当第一摩擦层 10和第二摩擦层 20材料的得电子能 力相差越大 （即在摩擦电极序中的位置相差越远） 时， 发电机输出的电 信号越强。 所以， 可以根据实际需要， 选择合适的材料来制备第一摩擦 层 10和第二摩擦层 20， 以获得更好的输出效果。 具有负极性摩擦电极 序的材料优选聚苯乙烯、 聚乙烯、 聚丙烯、 聚二苯基丙垸碳酸酯、 聚对 苯二甲酸乙二醇酯、 聚酰亚胺、 聚氯乙烯、 聚二甲基硅氧垸、 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; 具有正极性的摩擦电极序材料优选苯胺甲醛树 脂、 聚甲醛、 乙基纤维素、 聚酰胺尼龙 11、 聚酰胺尼龙 66、 羊毛及其 织物、蚕丝及其织物、纸、聚乙二醇丁二酸酯 、纤维素、纤维素醋酸酯、 聚乙二醇己二酸酯、 聚邻苯二甲酸二烯丙酯、 再生纤维素海绵、 棉及其 织物、 聚氨酯弹性体、 苯乙烯-丙烯腈共聚物、 苯乙烯-丁二烯共聚物、 木头、 硬橡胶、 醋酸酯、 人造纤维、 聚甲基丙烯酸甲酯、 聚乙烯醇、 聚 酯、 铜、 铝、 金、 银和钢。

还可以对第一摩擦层 10上表面和 /或第二摩擦层 20下表面进行物理 改性， 使其表面分布有微米或次微米量级的微结构阵 列， 以增加第一摩 擦层 10与第二摩擦层 20之间的接触面积， 从而增大接触电荷量。 具体 的改性方法包括光刻蚀、 化学刻蚀和离子体刻蚀等。 也可以通过纳米材 料的点缀或涂层的方式来实现该目的。

也可以对相互接触的第一摩擦层 10和 /或第二摩擦层 20的表面进行 化学改性， 能够进一歩提高电荷在接触瞬间的转移量， 从而提高接触电 荷密度和发电机的输出功率。 化学改性又分为如下两种类型：

一种方法是对于相互接触的第一摩擦层 10和第二摩擦层 20材料， 在极性为正的材料表面引入更易失电子的官能 团 （即强给电子团）， 或 者在极性为负的材料表面引入更易得电子的官 能团 （强吸电子团）， 都 能够进一歩提高电荷在相互滑动时的转移量， 从而提高摩擦电荷密度和 发电机的输出功率。 强给电子团包括： 氨基、 羟基、 垸氧基等； 强吸电 子团包括： 酰基、 羧基、 硝基、 磺酸基等。 官能团的引入可以采用等离 子体表面改性等常规方法。 例如可以使氧气和氮气的混合气在一定功率 下产生等离子体， 从而在摩擦层材料表面引入氨基。

另外一种方法是在极性为正的摩擦层材料表面 引入正电荷， 而在极 性为负的摩擦层材料表面引入负电荷。 具体可以通过化学键合的方式实 现。例如，可以在 PDMS摩擦层表面利用水解 -缩合 (英文简写为 sol-gel) 的方法修饰上正硅酸乙酯（英文简写为 TEOS) , 而使其带负电。 也可以 在金属金薄膜层上利用金-硫的键结修饰上表� �含十六垸基三甲基溴化 铵 （CTAB) 的金纳米粒子， 由于十六垸基三甲基溴化铵为阳离子， 故 会使整个摩擦层变成带正电性。 本领域的技术人员可以根据摩擦层材料 的得失电子性质和表面化学键的种类， 选择合适的修饰材料与其键合， 以达到本发明的目的， 因此这样的变形都在本发明的保护范围之内。

为了保证由第二摩擦层 20和第二导电元件 21所形成的第二部件具 有可弯曲形变的弹性，优选第二摩擦层 20是柔性的，更优选是弹性的， 最好材料的杨氏模量在 lOMPa到 lOGPa之间。 当第二摩擦层不具有弹 性时， 可以通过其上的第二导电元件 21 来实现整体的弹性， 因为一般 的金属薄层都具有弯曲形变的弹性。 对于第二摩擦层 20 的厚度选择， 一般综合考虑其弹性和机械强度两方面， 较好为薄膜或薄层， 具体可以 为 10nm-5mm， 优选 100nm-2mm， 更优选 1μπι-800μπι， 这些厚度对本 发明中所有的技术方案都适用。 如果第二摩擦层 20和第二导电元件 21 均不具备弹性， 还可以考虑在第二导电元件 21 的上表面附着一层能够 发生弹性弯曲形变的材料， 例如橡胶薄片等， 由该附加材料来赋予第二 部件的弹性。

第二摩擦层 20和第一摩擦层 10之间所形成的拱形间隙的最大高度 d主要取决于在使用时的风力大小和第二部件� �体的弹性， 只要施加到 发电机上的风力能够使第二部件发生足够程度 的弹性形变， 从而第二摩 擦层 20可以与第一摩擦层 10发生部分接触即可。 实验结果显示， 在接 触面积相同的情况下， d值增加， 可以提高发电机的输出性能， 优选 d 值在 0.1mm-5mm之间， 更优选在 0.2mm-3mm。 因此， 提高第二部件的 弹性无疑是优化发电机性能的一个重要途径。

对于第二部件的固定方式， 虽然图 1 示出的是通过第二摩擦层 20 的两端固定在第一摩擦层 10 的上表面两侧， 但实际上该固定位置并没 有特殊限定， 为了提高固定的牢靠度， 还可以将第二摩擦层 20 的两端 夹在第一摩擦层 10和第一导电元件 11之间， 或是夹在第一导电元件和 其他的支撑部件之间， 如果有外加的支撑部件的话。 固定的方式可以直 接采用粘合或外加夹合部件。对于第一部件和 /或第二部件中还包含例如 支撑层等附加部件时， 还可以通过这些附加部件来进行固定。

第一摩擦层 10可以是硬质材料， 也可以选择柔性材料， 因为其平 面的保持并不必须仅依靠其自身的特性， 还可以借助第一导电元件 11 或实际应用时的安装环境来实现， 其厚度对本发明的实施没有显著影响， 本发明优选第一摩擦层 10 为薄膜或薄层， 厚度为 10nm-5mm， 优选 100nm-2mm。

第一导电元件 11和第二导电元件 21作为发电机的两个电极， 只要 具备能够导电的特性即可， 可选自金属、 导电氧化物或导电有机物。 常 用的金属包括金、 银、 铂、 铝、 镍、 铜、 钛、 铬或硒， 以及由上述金属 形成的合金； 常用的导电氧化物包括铟锡氧化物 ITO和离子掺杂型的半 导体； 导电有机物一般为导电高分子， 包括自聚吡咯、 聚苯硫醚、 聚酞 菁类化合物、 聚苯胺和 /或聚噻吩。

对第一导电元件 11 的厚度没有特别限定， 可选范围为 lOnm-lcm, 优选为 50nm-2mm， 优选为 lOOnm-lmm; 而第二导电元件 21优选为薄 层或薄膜， 以使其具有更好的弯曲弹性， 优选厚度为 lOnm-lmm, 更优 选 500ηπι-500μπι。 导电元件最好与相应的摩擦层表面紧密接触， 以保证 电荷的传输效率， 较好的方式是将导电材料通过沉积的方式在相 应摩擦 层的表面成膜； 具体的沉积方法可以为电子束蒸发、 溶液电镀、 等离子 体溅射、 磁控溅射或蒸镀。

第一导电元件 11和第二导电元件 21与外电路连接的方式可以是通 过导线或金属薄膜与外电路连接。

为了保证本发电机的机械强度， 可以在第一导电元件的下表面和 / 或第二导电元件的上表面接触设置支撑层， 优选为绝缘材料或半导体材 料， 例如塑料板、 硅片或硅薄层等。

图 4为本发明风力纳米发电机的另一种典型结构� � 该发电机由 1个 图 1所示的纳米发电机和一块挡板 30组成， 具体结构包括第一部件、 能够发生弹性弯曲形变的第二部件和挡板 30，其中第一部件包括第一导 电元件 11和与所述第一导电元件 11上表面接触放置的第一摩擦层 10， 第二部件包括与所述第一摩擦层 10对面放置的第二摩擦层 20、 与第二 摩擦层 20上表面固定接触放置的第二导电元件 21 ; 其中第二部件为一 曲面并通过两端固定在第一部件中第一摩擦层 10 的上表面， 从而使第 二摩擦层 20的下表面和第一摩擦层 10的上表面之间形成拱形空隙； 所 述挡板 30 与弯曲的第二部件面对面间隔放置， 使所述第二部件位于所 述挡板 30和所述第一部件之间， 并且在所述第二部件和挡板 30之间形 成气流通道。 当有气流通过该气流通道时， 由于第二部件是弯曲的， 而 且具有弹性可变形性， 会使得通过的气流在该气道中形成逆压力降， 从 而对空气动力产生影响 （参见图 5-a)， 这种影响反过来再作用于第二部 件的弹性形变使之发生变化（参见图 5-b)， 这样就构成了一种结构变形 与空气动力交互作用的所谓气动弹性现象， 使得第二摩擦层 20 发生周 期性并不明显的形变， 即为颤振， 与在风中的旗帜飘动飞扬的现象极为 类似。 在颤振的过程中， 第二摩擦层 20完成了与第一摩擦层 10的局部 接触-分离过程 （如 A点从接触到分离， B点从分离到接触）， 从而使得 在第一导电元件 11和第二导电元件 21之间有电信号产生并向外电路输 送。形成颤振的基本因素是空气动力、弹性力 和惯性力三者的耦合作用， 其中弹性力和惯性力是与材料本身的性质所决 定的， 当颤振的频率与第 二部件，特别是第二摩擦层 20和 /或第二导电元件 21本身的固有频率相 同时， 会形成共振， 使得第二部件的颤振振幅达到最大， 纳米发电机产 生的电信号也最强。

图 1和图 3所示的实施方式中对第一摩擦层 10、第一导电元件 11、 第二摩擦层 20和第二导电元件 21的各种限定都适合图 4所示的发电机 组， 因此不再赘述。 本发电机中挡板 30与第二导电元件 21之间的间距 D! , 主要是由第二部件的弹性模量和第二部件的厚 度共同决定的， 可选 范围为 l( m-lcm， 优选 100μπι-2πιπι, 优选为 500μπι-1πιπι。

挡板 30 的作用仅仅是提供一个气体流动的阻挡部件， 可以选用各 种材料， 例如绝缘材料、 半导体、 导体。 对其厚度也没有限定， 可以是 厚板， 也可以是薄板或薄层， 最好为硬质的， 整体具有一定强度的弹性 材料也可以。 还可以在其面对第二导电元件 21 的一侧的表面制作立体 结构或增设辅助部件， 以调整气流的湍流程度， 使第二摩擦层 20 和第 二导电元件 21 的颤振幅度和频率增加， 改善发电机的输出性能。 立体 结构和辅助部件的选择可以根据气体动力学的 原理来设计， 例如设置多 个凸起或导流槽。

图 6为本发明风力纳米发电机组的一种典型结构� � 该发电机组由 2 个图 1所示的纳米发电机组成， 具体结构为： 由 2个发电机单元构成， 其中所述发电机单元包括第一部件和能够发生 弹性弯曲形变的第二部 件， 其中第一部件包括第一导电元件 11、 与所述第一导电元件上表面直 接贴合的第一摩擦层 10， 第二部件包括与所述第一摩擦层 10对面放置 的第二摩擦层 20、与第二摩擦层 20上表面直接贴合的第二导电元件 21 ; 其中第二部件为一曲面并通过两端固定在第一 部件中第一摩擦层 10 的 上表面， 从而使第二摩擦层 20的下表面和第一摩擦层 10的上表面之间 形成拱形空隙； 所述 2个发电机单元相对放置， 使两个第二导电元件 21 面对面并有一定间隔， 该间隔即为气流通道。 与图 4所示的实施方式类 似， 由于该气流通道表面的不平整性和第二部件的 可弹性弯曲变形性， 使得 2个发电机单元中的第二部件在气流通过时都� �发生颤振现象， 从 而实现了第二摩擦层 20与第一摩擦层 10局部的接触-分离过程（参见图 7)， 因此在 2个第一导电元件 11和第二导电元件 21之间均有电信号产 生并向外电路输送。 同样， 当颤振的频率与第二部件， 尤其是与第二摩 擦层 20和 /或第二导电元件 21本身的固有频率相同时， 会形成共振， 使 得第二部件的颤振振幅达到最大， 纳米发电机产生的电信号也最强。

组成该发电机组的两个纳米发电机单元可以完 全相同， 也可以不同。 使用不同的发电机尤其适用于气体流速会发生 变化的情况， 因为气体流 速会影响第二部件的颤振频率， 可以通过设计使得其中的一个发电机第 二部件的固有频率与高气体流速下形成的颤振 频率相同或接近， 而另一 个发电机则具有固有频率与低气体流速下形成 的颤振频率相同或相近 的第二部件。 这样能够使发电机的电信号在不同气体流速下 都能够达到 比较优化的状态。

本发电机组中两个发电机单元之间的间距 D ₂ ，主要是由两个发电机 单元第二部件的弹性模量和第二部件的厚度共 同决定的， 可选范围为 10μπι-5οπι, 优选 ΙΟΟμπι-lmm, 优选为 500μπι-5πιπι。

图 8是本发明发电机组的另一种典型实施方式， 由 3个图 6所示的 发电机组纵向叠加而成， 并且在每两个图 6所示的发电机组之间加入绝 缘部件 40， 使相邻的两个第一导电元件 11形成绝缘连接。 该绝缘部件 40可以采用常规的各种绝缘材料， 最好具有一定的硬度或弹性， 使其能 够实现隔离功能。 其形式可以为板或膜， 形状可以为条状、 柱状 （参见 图 8-b)， 还可以与第一导电元件 11 的形状相同 （参见图 8-a)， 尺寸和 数量本领域的技术人员可以根据具体情况来选 择， 只要满足能够隔离相 邻导电元件的条件即可。

本实施方式中， 3个发电机组的叠加方式有很多种， 其中图 8-a中 示出的是所有 3个发电机组上下平行并且同向的叠加成一列� �情况； 图 8-b示出的也是 3个发电机组上下平行叠加成一列， 但是中间的发电机 组方向与其他的两个发电机组垂直， 这种方式更适合气流来自不同方向 的情况。 因为本发明的发电机在气流方向与发电机方向 相同时， 具有最 大的发电效率。 所以， 可以根据气流的方向， 将叠加的发电机按照不同 的方向摆放， 则可以使气流方向发生变化时， 仍然能够最大效率的驱动 部分发电机， 使发电机组能保证有电流输出。 很显然， 虽然图 8-b仅示 出了不同发电机的方向垂直的情况， 但实际上各发电机的方向是可以根 据需要形成任何角度的， 这在实际操作过程中并没有任何技术难点， 因 此这些变形都在本申请的保护范围内。

虽然图 8所示出的各发电机的尺寸、 材料组成都相同， 但是因为各 发电机其实是独立工作， 所以各发电机完全可以采用不同的材料和尺寸 ， 以满足不同负载对电信号的输出要求。 而且组成发电机组的发电机的数 目也是可以自由调整的， 可以是单数， 也可以是奇数， 并不必须限定发 电机组的两端一定是以第一导电元件 11 为终点， 也可以以弯曲的第二 导电元件 21为终点。

图 9是本发明发电机组的另一种典型实施方式， 主要结构与图 8-a 所示的实施例相同， 区别在于相对的 2 个发电机单元的第一摩擦层 10 不是互相平行放置， 而是形成一定的角度， 相邻的两个发电机单元之间 依然用绝缘部件 40 实现绝缘连接。 该设计的优势在于可以增加对不同 方向的气流的利用率。 为了形成有效的气流通道， 面对面放置的 2个第 一摩擦层 10 之间形成的角度应为锐角。 根据不同的需要， 各发电机的 叠加方向也可以不同， 类似于图 8-b的结构。 可见， 针对图 8所示发电 机组的各种描述都适用于图 9所示的实施方式， 此处不再赘述。

图 10和图 11是本发明发电机组的另外两种典型实施方式� �� 分别与 图 8和图 9所示的实施方式类似， 区别仅在于每个发电机的第一摩擦层 10为导电材料， 因此省略了第一导电元件 11 的设置， 在相邻的两个第 一导电元件 11之间也用绝缘部件 40形成绝缘连接。 对于图 8和图 9的 各种限定均适用于图 10和图 11所示的实施方式。

图 12 示出了一种结构更为简单的发电机组， 该发电机组由多个图 3-a所示的发电机组成， 具体为： 由 2个发电机以第二导电元件 21对面 间隔的方式放置形成一个发电机组单元， 多个这样的发电机组单元纵向 叠加、 并且将相互接触的 2个由导电材料制成的第一摩擦层合二为一， 即相邻的两个发电机组单元共用一个第一摩擦 层 102。 为了防止在该共 用的第一摩擦层 102的两个表面所产生的接触电荷由于电性相异 而互相 中和，应确保该共用的第一摩擦层 102与其两侧的第二摩擦层 202和 203 相比， 具有相同的摩擦电极序趋势， 即如果第一摩擦层 102相比于其上 侧的第二摩擦层 202具有较正的摩擦电极序， 那么相对于其下侧的第二 摩擦层 203也具有较正的摩擦电极序。 图 12中有 2类第二摩擦层， 分 别是在两端发电机上的第二摩擦层 201， 和共用一个第一摩擦层 102的 发电机中的第二摩擦层 202和 203 ; 也存在 2类第一摩擦层， 分别是位 于两端的发电机上的第一摩擦层 101和被两个发电机共用的第一摩擦层 102。 其中， 第一摩擦层 101和 102对材料的选择没有相关性， 二者可 以相同也可以不同， 特别是处于两端的第一摩擦层 101还可以使用非导 电材料， 但是被共用的第一摩擦层 102则必须为导电材料。 同时， 两端 发电机上的第二摩擦层 201与中间发电机上的第二摩擦层 202和 203在 材料选择上也没有相关性， 优选第二摩擦层 202和 203的材料相同。

图 13是本发明风力发电机的另一种典型实施方式� �� 与图 1所示的 结构基本相同， 区别仅在于图 1所示的发电机的第二部件是两端固定在 第一部件上， 而本实施例中的第二部件则仅有一端固定在第 一部件上， 另一端为自由端， 具体为： 包括第一部件和能够发生弹性弯曲形变的第 二部件，其中第一部件包括第一导电元件 11，和与所述第一导电元件 11 上表面直接贴合的第一摩擦层 10; 第二部件包括第二摩擦层 20， 和与 所述第二摩擦层上表面直接贴合的第二导电元 件 21 ;第二部件的一端与 第一部件相对固定， 并且第一摩擦层 10和第二摩擦层 20面对面； 在风 力的作用下至少部分第一摩擦层 10的上表面与第二摩擦层 20的下表面 形成接触-分离循环，并通过所述第一导电元� �和第二导电元件向外电路 输出电信号。 本实施例的第二部件整体具有可弯曲形变的弹 性， 当其一 端固定、 另一端可自由运动时， 能够与作用于其表面的风力发生相互作 用，从而产生颤振现象，造成第二摩擦层 20与第一摩擦层 10的接触 (图 13-b) 与分离 （图 13-a) 循环。 很显然， 图 1所示的实施例中对第一部件和第二部件中各� �成部分 的材料和结构的限定同样适用于本实施例的发 电机， 而且当第一摩擦层

10或第二摩擦层 20为导电材料时， 本实施例的发电机也可以做成类似 图 3所示的结构， 只是将第二部件的两端固定改为一端固定即可 。

对于图 4至图 12所示的实施例， 也可以用图 13所示的发电机代替 图 1所示的发电机来构成， 但是需要注意在制作图 7至图 12所示的结 构时， 面对面放置的两个发电机的第二部件的固定端 应在同一侧， 避免 两个第二部件的自由端在运动的过程中相互影 响。

对于上述所有实施方式， 为了方便使用， 并增加发电机和发电机组 的机械强度， 延长其使用寿命， 还可以在第一导电元件 11 与第一摩擦 层 10 相对的另一表面上设置柔性或硬性支撑元件。 对于支撑元件的材 料没有特别限定， 优选使用半导体或绝缘体。 同样， 在第二导电元件 21 上没有摩擦材料的另一表面也可以设置柔性的 支撑元件， 优选该支撑元 件具有弹性， 以不影响第二摩擦层 20和第二导电元件 21的弹性弯曲形 变。 实施例 1

第一导电元件采用厚度为 1mm 的金属铜板， 在其上涂覆一层厚度 为 25 微米的特氟龙 （聚四氟乙烯） 薄膜作为第一摩擦层， 第二摩擦层 和第二导电元件采用厚度为 40μπι、 长 5cm、 宽 3cm的金属铝薄膜层， 将该薄膜层的两端固定在特氟龙层上表面的两 侧， 使得在金属铝层和特 氟龙层之间形成高度约为 2mm 的拱形空隙。 将金属铜薄膜层和金属铝 层通过导线连接到外电路上， 吹风机沿发电机方向提供气流， 流速约为 5m/s， 可以明显看到金属铝薄膜层发生颤振， 使其和特氟龙层之间不断 的形成接触 -分离循环， 能够驱动 80盏商用 LED灯泡发光， 具体见图 14所示的照片。

由于聚四氟乙烯在摩擦电极序中具有极负的极 性， 而金属铝在电极 序中的极性较正， 本实施例的材料组合有利于提高摩擦纳米发电 机的输 出。 实施例 2:

第一摩擦层采用特氟龙 （聚四氟乙烯） 薄膜， 第一导电元件采用厚 度为 200nm的金属铜薄膜，以磁控溅射的方法将第一� ��电原件沉积到第 一摩擦层上。 第二摩擦层和第二导电原件采用厚度为 200nm， 长 5cm， 宽 2.5cm的金属铝薄膜层， 以磁控溅射的方法将该第二摩擦层和第二导 电原件沉积在厚度为 25μπι的高分子基底上。 该基底为聚酰亚胺薄膜， 长度和宽度和金属铝薄膜层一致。 采用激光切割制备高度为 2mm， 长 2.5cm, 宽 2mm的有机玻璃长条， 将该长条固定在特氟龙层上表面。 将 沉积有金属铝薄膜层的聚酰亚胺薄膜的一端固 定在该长条上表面。 将金 属铜薄膜层和金属铝层通过导线连接到外电路 上， 吹风机沿发电机方向 提供气流， 流速约为 5m/s， 可以明显看到金属铝薄膜层发生颤振， 使其 和特氟龙层之间不断的形成接触 -分离循环。

实施例 3

以厚度为 100微米的聚二甲基硅氧垸 （英文简写为 PDMS) 作为第 二摩擦层，在其上通过磁控溅射的方式沉积一 层厚度约为 lOOnm的金属 金膜， 作为第二导电元件。 以厚度为 500μπι的硅片作为第一摩擦层， 其 下表面为沉积上的一层金属银膜， 厚度约 100nm。 将硅片的另一侧旋转 涂覆上一层光刻胶， 利用光刻的方法在光刻胶上形成边长在微米或 次微 米量级的正方形窗口阵列； 将光刻完成后的硅片经过热氢氧化钾的化学 刻蚀， 在窗口处形成金字塔形的凹陷结构阵列。而当 硅片与 PDMS两种 材料在气流的作用下接触时， 由于 PDMS具有较好的弹性， 其能够进入 并填充硅片表面的凹陷结构， 从而增大了与硅片之间的摩擦接触面积， 可以获得更好的电输出效果。

实施例 4

本实施例在实施例 1的基础上仅对聚四氟乙烯薄膜做改性， 其他均 与实施例 1相同， 此处不再赘述。 在聚四氟乙烯薄膜表面采用电感耦合 等离子体刻蚀方法制备纳米线阵列， 首先在聚四氟乙烯表面用溅射仪沉 积约 10 纳米厚的金， 之后， 将聚四氟乙烯薄膜放入电感耦合等离子体 刻蚀机中， 对沉积有金的一面进行刻蚀， 通入 0 ₂ 、 Ar和 CF ₄ 气体， 流 量分别控制在 10sccm、 15sccm和 30sccm， 压强控制在 15mTorr， 工作 温度控制在 55°C， 用 400瓦的功率来产生等离子体， 100瓦的功率来加 速等离子体， 进行约 5分钟的刻蚀， 得到基本垂直于绝缘薄膜层的长度 约为 1.5微米的高分子聚四氟乙烯纳米棒阵列。

实施例 5

将 6个实施例 1中的发电机上下平行、 同向排列， 第一导电元件相 邻的两个发电机之间用 2mm厚的塑料板隔开， 并将第一导电元件用胶 粘合在塑料板的两侧， 从而构成一图 10所示的发电机组。 当气流沿着 发电机方向吹过该发电机组时， 各发电机同时工作， 均能独立地向外输 出电信号。

本发明的风力摩擦纳米发电机可以利用风动能 使发电机产生电能， 为小型用电器提供电源， 而不需要电池等电源供电， 是一种使用方便的 发电机。另外，本发明的摩擦纳米发电机制备 方法简便、制备成本低廉， 是一种应用范围广泛的摩擦纳米发电机和发电 机组。

以上所述， 仅是本发明的较佳实施例而已， 并非对本发明作任何形 式上的限制。 任何熟悉本领域的技术人员， 在不脱离本发明技术方案范 围情况下， 都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明 技术方案做出 许多可能的变动和修饰， 或修改为等同变化的等效实施例。 因此， 凡是 未脱离本发明技术方案的内容， 依据本发明的技术实质对以上实施例所 做的任何简单修改、 等同变化及修饰， 均仍属于本发明技术方案保护的 范围内。