摩擦纳米发电机的四种基本工作模式:

摩擦纳米发电机的四种基本工作模式分别为垂直接触-分离模式;水平滑动模式;单电极模式;独立层模式。

 

1.垂直接触-分离模式,在这个结构中,两种不同材料的介电薄膜面对面堆叠,它们各自的背表面镀有金属电极。这两层介电薄膜相互接触,会在两个接触表面形成符号相反的表面电荷。当这两个表面由于外力作用而发生分离时,中间会形成一个小的空气间隙,并在两个电极之间形成感应电势差。如果两个电极通过负载连接在一起,电子会通过负载从一个电极流向另一个电极,形成一个反向的电势差来平衡静电场。当两个摩擦层中间的空气间隙闭合时,由摩擦电荷形成的电势差消失,电子会发生回流。

 

摩擦纳米发电机的四种基本工作模式: 

(来源于网络)

 

2.水平滑动模式,这种模式初始的结构和垂直接触-分离模式的相同。当两种介电薄膜接触时,两个材料之间会发生沿着与表面平行的水平方向的相对滑移,这样也可以在两个表面上产生摩擦电荷。这样,在水平方向就会形成极化,可以驱动电子在上下两个电极之间流动,以平衡摩擦电荷产生的静电场。通过周期性的滑动分离和闭合可以产生一个交流输出。这就是滑动式的基本原理。这种滑动可以以多种形成存在,包括平面滑动、圆柱滑动和圆盘滑动等。我们对这些结构进行了相关研究,从而更全面地理解滑动模式以及其中更复杂的栅格结构。

 

摩擦纳米发电机的四种基本工作模式: 

(来源于网络)

 

3.单电极模式,在前面介绍的两种工作模式都有通过负载连接的两个电极。在某些情况下, 的某些部分是运动部件,所以并不方便通过导线和电极进行电学连接。为了在这种情况下更方便地收集机械能,即只有底部有电极,且接地。如果尺寸有限,上部的带电物体接近或者离开下部物体,都会改变局部的电场分布,这样下电极和大地之间会发生电子交换,以平衡电极上的电势变化。这种基本工作模式可以用在接触-分离结构和滑动结构中。

 

摩擦纳米发电机的四种基本工作模式: 

(来源于网络)

 

4.独立层模式,在自然界中,运动物体由于和空气或其他物体的接触,通常都会带电,就像我们的鞋子在地板上走路也会带电。因为材料表面的电荷密度会达到饱和,而且这种静电荷会在表面保留至少几小时,所以在这段时间并不需要持续的接触和摩擦。如果我们在介电层的背面分别镀两个不相连的对称电极,电极的大小及其间距与移动物体的尺寸在同一量级,那么这个带电物体在两个电极之间的往复运动会使两个电极之间产生电势差的变化,进而驱动电子通过外电路负载在两个电极之间来回流动,以平衡电势差的变化。