一种微纳集成发电机及其制备方法

【引言】

随着微纳米技术的突破，电子器件和系统尺寸逐步减小，推动了低功耗器件和微系统的快速发展和普及，业已成为物联网节点的重要组成部分。解决这类微小尺寸电子器件和系统的可靠供能问题，是当前构建人类社会智慧网络的关键所在，亟需寻求一种稳定可持续、输出高性能、清洁无污染的新型微能源。2012年一种基于摩擦生电和静电感应相结合的新型微能源采集技术-摩擦发电机被首次提出，该技术对实现自供能微电子器件和系统起到了极大地推动作用，迅速引起了广泛关注。该新型摩擦发电机技术被研发出来的初始阶段，首要解决的核心课题就是实现输出性能的大幅提升，从而满足实际应用的需求。

【成果简介】

2012年底，北京大学张海霞教授课题组提出了一种提升摩擦发电机输出性能的新方法，即采用微纳复合结构的表面材料和“三明治”叠层结构。该方法率先将微纳复合结构引入摩擦发电机，极大地提高了有效摩擦面积，从而显著提升了器件输出性能。课题组还提出了新型“三明治”叠层结构，使得器件在单次外力作用下，可以实现两次有效摩擦，从而提高了摩擦发电机的输出功率密度。这一“三明治”结构为后续串联型和并联型等叠层摩擦发电机的实现奠定了一定基础。

课题组将上述方法总结凝练，2012年申请了中国和美国发明专利（一种微纳集成发电机及其制备方法/Integrated Micro/Nanogenerator and method of fabrication），其中中国专利已经于2015年获得授权（ZL201210530458.9），近日美国专利也成功获得授权（US 20150372620 A1）。此外，以上研究成果于2013年发表于重要学术刊物《纳米快报》上（Nano Letters, 2013, 13, pp.1168-1172）。