基于摩擦纳米发电机的自驱动打印机

摘要

本发明公开了一种基于摩擦纳米发电机的自驱动打印机，包括：摩擦纳米发电机以及打印机，其中，摩擦纳米发电机作为该打印机的电源，将该摩擦纳米发电机输出的电压经过整流作用输出至该打印机，通过控制加载于该打印机的电场实现对打印油墨的调控，从而实现自驱动打印。该打印机利用摩擦纳米级发电机作为电源供给，并通过整流作用得到信号方向一致的输出电压，该电压在打印机的喷墨探头和导电极板两端加载电场，从而控制油墨从喷墨探头的滴落，并通过将喷墨探头和打印载体的移动方向设置为相互垂直，实现两个维度的着色控制，能够实现自驱动平面打印，稳定性好、寿命长，且可以实现柔性电路板的印刷，适用范围广。

权利要求

1.一种基于摩擦纳米发电机的自驱动打印机，包括：摩擦纳米发电机以及打印机，其中，摩擦纳米发电机作为该打印机的电源，将该摩擦纳米发电机输出的电压经过整流作用输出至该打印机，通过控制加载于该打印机的电场实现对打印油墨的调控，从而实现自驱动打印；

其中，所述打印机包括：喷墨探头，能够沿着一个方向自由移动，油墨从中流出；第三导电极板，与喷墨探头相对设置；其中，所述摩擦纳米发电机输出的电压经过整流作用输出至喷墨探头和第三导电极板，通过控制加载于该喷墨探头和第三导电极板之间的电场实现对打印油墨的调控。

2.根据权利要求1所述的自驱动打印机，其中，所述摩擦纳米发电机包括：第一摩擦层；

第二摩擦层，与第一摩擦层之间存在距离；以及振动膜，设置于第一摩擦层和第二摩擦层之间，在上、下振动过程中与第一摩擦层以及第二摩擦层实现接触摩擦、分离，该振动膜与第一摩擦层以及第二摩擦层的材料均存在摩擦电极序差异。

3.根据权利要求2所述的自驱动打印机，其中：

所述打印机还包括：

第一支撑板，包含有一凸出部分，在该凸出部分上有一滑道；所述喷墨探头沿着该滑道自由移动；以及共有支撑板，与第一支撑板相对设置并存在间距，包含有一导槽，该导槽与该滑道沿垂直方向设置，所述第三导电极板设置于所述共有支撑板上表面；打印时，喷墨探头与共有支撑板上表面留有预定的距离，打印载体置于该导槽中并沿着该导槽自由移动；和/或所述摩擦纳米发电机还包括：共有支撑板，所述第一摩擦层设置于共有支撑板下表面；以及第三支撑板，与共有支撑板相对设置并存在间距，所述第二摩擦层设置于第三支撑板之上；

其中，同时位于所述摩擦纳米发电机和所述打印机中的共有支撑板为由同样材料一体成型制备的同一块支撑板，或者为由相同材料或不同材料单独制备的两块支撑板并固定成的一体化结构。

4.根据权利要求3所述的自驱动打印机，还包括：第一垫片，设置于共有支撑板与第三支撑板之间，支撑并固定所述振动膜的两端；以及第二垫片，设置于第一支撑板与共有支撑板的两端。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的自驱动打印机，其中：所述油墨为如下材料中的一种：喷墨墨水或导电液体，该导电液体包括：导电银浆，银纳米线溶液，银纳米颗粒溶液，金纳米颗粒溶液，液态汞或液态汞齐；和/或所述喷墨探头为金属制成的喷墨探头，与储存油墨的墨囊相连接；或者为本身带有墨囊、导电的喷墨探头；和/或所述第三导电极板的材料为金属材料。

6.根据权利要求2-4中任一项所述的自驱动打印机，其中：所述第一摩擦层和第二摩擦层为导电极板，所述导电极板包括涂覆着有机薄膜/涂层的导电极板；和/或所述振动膜的材料包括有机高分子薄膜材料，为如下材料中的至少一种：聚乙烯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚偏二氯乙烯、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚三氟氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物或氯乙烯-醋酸乙烯共聚物。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的自驱动打印机，其中：所述喷墨探头的长度介于10mm～100mm之间；和/或所述第三导电极板的厚度介于0.1mm～1mm之间。

8.根据权利要求5所述的自驱动打印机，其中：

所述喷墨探头的长度介于10mm～100mm之间；和/或所述第三导电极板的厚度介于0.1mm～1mm之间。

9.根据权利要求6所述的自驱动打印机，其中：

所述喷墨探头的长度介于10mm～100mm之间；和/或所述第三导电极板的厚度介于0.1mm～1mm之间。

10.根据权利要求3所述的自驱动打印机，其中：所述喷墨探头距离打印载体表面的距离介于1mm～8mm之间；和/或所述打印载体的厚度介于0.05mm～0.5mm之间。

11.根据权利要求2-4中任一项所述的自驱动打印机，其中，所述振动膜的厚度介于0.02mm～0.1mm之间，振动频率介于200Hz～300Hz之间。

12.根据权利要求3所述的自驱动打印机，其中，所述打印载体的材料为以下材料中的一种或几种：纸张、纸板、布料或柔性高分子薄膜，该柔性高分子薄膜为以下材料中的一种：聚酰亚胺薄膜或聚四氟乙烯薄膜。

13.根据权利要求6所述的自驱动打印机，其中，所述导电极板的材料为以下材料中的一种或几种：金属，包括：铜、铝、钛、锡或镍；

金属合金，包括：铝合金、铜合金、钛合金或镍合金；

导电的金属氧化物，包括：氧化铟锡、掺杂氟的二氧化锡；

有机薄膜或有机涂层的材料至少为以下材料中的一种：聚氯乙烯，聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二氯乙烯，聚酰亚胺，纤维素，甲壳素或蚕丝蛋白。

14.根据权利要求3所述的自驱动打印机，其中，所述第一支撑板、共有支撑板、第三支撑板为亚克力板，厚度介于3mm～8mm之间。

15.根据权利要求4所述的自驱动打印机，其中，所述第一垫片和第二垫片为亚克力片，厚度介于0.8mm～1.5mm之间。

说明书

基于摩擦纳米发电机的自驱动打印机

技术领域

[0001] 本公开属于清洁能源和打印机领域，涉及一种基于摩擦纳米发电机的自驱动打印机。

背景技术

[0002] 近年来，由于世界范围内的化石能源逐渐枯竭，开发新一代的能源形式成为亟待解决的问题。随着文件办公、学习以及技术交流等的需要，打印机成为应用广泛的设备。而现有打印机中，包括：喷墨式打印机和激光打印机，中低端的激光打印机适用场景为低分辨率要求、批量化打印的场景，具有打印速度快的优势，但是其耗材价格昂贵，且能打印的介质选择范围窄；喷墨式打印机可实现彩色照片级的输出效果，但是其使用的耗材为墨盒，一个墨盒的使用寿命有限，经常更换墨盒或者给硒鼓加粉等引起维护成本较高，并且长期不用还会带来墨水堵塞打印头的问题。另外，现有的打印机经常与电脑相连接打印相关文件资料，需要时刻处于待机状态，由此带来的电源消耗和能源消耗成为一大问题。因此，研究一种能够实现自驱动的打印机，并具有稳定的性能和较长的使用寿命，成为未来打印机的一个发展方向。

发明内容

[0003] (一)要解决的技术问题

[0004] 本公开提供了一种基于摩擦纳米发电机的自驱动打印机，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

[0005] (二)技术方案

[0006] 根据本公开的一个方面，提供了一种基于摩擦纳米发电机的自驱动打印机，包括：摩擦纳米发电机以及打印机，其中，摩擦纳米发电机作为该打印机的电源，将该摩擦纳米发电机输出的电压经过整流作用输出至该打印机，通过控制加载于该打印机的电场实现对打印油墨的调控，从而实现自驱动打印。

[0007] 在本公开的一些实施例中，摩擦纳米发电机包括：第一摩擦层；第二摩擦层，与第一摩擦层之间存在距离；以及振动膜，设置于第一摩擦层和第二摩擦层之间，在上、下振动过程中与第一摩擦层以及第二摩擦层实现接触摩擦、分离，该振动膜与第一摩擦层以及第二摩擦层的材料均存在摩擦电极序差异。

[0008] 在本公开的一些实施例中，打印机包括：喷墨探头，能够沿着一个方向自由移动，油墨从中流出；第三导电极板，与喷墨探头相对设置；其中，摩擦纳米发电机输出的电压经过整流作用输出至喷墨探头和第三导电极板，通过控制加载于该喷墨探头和第三导电极板之间的电场实现对打印油墨的调控。

[0009] 在本公开的一些实施例中，打印机还包括：第一支撑板，包含有一凸出部分，在该凸出部分上有一滑道；喷墨探头沿着该滑道自由移动；以及共有支撑板，与第一支撑板相对设置并存在间距，包含有一导槽，该导槽与该滑道沿垂直方向设置，第三导电极板设置于共有支撑板上表面；打印时，喷墨探头与共有支撑板上表面留有预定的距离，打印载体置于该导槽中并沿着该导槽自由移动；和/或摩擦纳米发电机还包括：共有支撑板，第一摩擦层设置于共有支撑板下表面；以及第三支撑板，与共有支撑板相对设置并存在间距，第二摩擦层设置于第三支撑板之上。

[0010] 在本公开的一些实施例中，基于摩擦纳米发电机的自驱动打印机还包括：第一垫片，设置于共有支撑板与第三支撑板之间，支撑并固定振动膜的两端；以及第二垫片，设置于第一支撑板与共有支撑板的两端。

[0011] 在本公开的一些实施例中，油墨为如下材料中的一种：喷墨墨水或导电液体，该导电液体包括：导电银浆，银纳米线溶液，银纳米颗粒溶液，金纳米颗粒溶液，液态汞或液态汞齐；和/或第一摩擦层和第二摩擦层为导电极板或涂覆着有机薄膜/涂层的导电极板；和/或振动膜的材料包括有机高分子薄膜材料，为如下材料中的至少一种：聚乙烯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚偏二氯乙烯、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚三氟氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物或氯乙烯一醋酸乙烯共聚物；喷墨探头为金属制成的喷墨探头，与储存油墨的墨囊相连接；或者为本身带有墨囊、导电的喷墨探头；和/或第三导电极板为金属材料。

[0012] 在本公开的一些实施例中，喷墨探头的长度介于10mm～100mm之间；和/或喷墨探头距离打印载体表面的距离介于1mm～8mm之间；和/或打印载体的厚度介于0.05mm～0.5mm之间；和/或第三导电极板的厚度介于0.1mm～1mm之间；和/或振动膜的厚度介于0.02mm～0.1mm之间，振动频率介于200Hz～300Hz之间。

[0013] 在本公开的一些实施例中，打印载体的材料为以下材料中的一种或几种：纸张、纸板、布料或柔性高分子薄膜，该柔性高分子薄膜为以下材料中的一种：聚酰亚胺薄膜或聚四氟乙烯薄膜。

[0014] 在本公开的一些实施例中，导电极板的材料为以下材料中的一种或几种：金属，包括：铜、铝、钛、锡或镍；金属合金，包括：铝合金、铜合金、钛合金或镍合金；导电的金属氧化物，包括：氧化铟锡、掺杂氟的二氧化锡；有机薄膜或有机涂层的材料至少为以下材料中的一种：聚氯乙烯，聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二氯乙烯，聚酰亚胺，纤维素，甲壳素或蚕丝蛋白。

[0015] 在本公开的一些实施例中，第一支撑板、共有支撑板、第三支撑板为亚克力板，厚度介于3mm～8mm之间。

[0016] 在本公开的一些实施例中，第一垫片和第二垫片为亚克力片，厚度介于0.8mm～1.5mm之间。

[0017] (三)有益效果

[0018] 从上述技术方案可以看出，本公开提供的基于摩擦纳米发电机的自驱动打印机，具有以下有益效果：

[0019] 将摩擦纳米发电机作为该自驱动打印机的能源供给，利用摩擦纳米发电机收集风能从而将其转变为电能，并通过整流器的整流作用得到信号方向一致的输出电压，该电压在打印机的喷墨探头和导电极板两端加载电场，从而控制油墨从喷墨探头的滴落，并通过将喷墨探头和打印载体的移动方向设置为相互垂直，实现两个维度的着色控制，从而实现自驱动平面单色打印或者彩色打印，具有稳定性好、寿命长的优点，且可以实现柔性电路板的印刷，适用范围广。

附图说明

[0020] 图1A为根据本公开实施例基于摩擦纳米发电机的自驱动打印机的剖面结构示意图。

[0021] 图1B为根据本公开实施例基于摩擦纳米发电机的自驱动打印机的侧面结构示意图。

[0022] 图2为根据本公开实施例的摩擦纳米发电机的一种结构示意图。

[0023] 图3为根据本公开实施例的摩擦纳米发电机的另一种结构示意图。

[0024] 图4为根据本公开实施例的不含驱动的打印机结构示意图。

[0025] 图5为根据本公开实施例基于摩擦纳米发电机的自驱动打印机的工作状态示意图。

[0026] 图6A为根据本公开实施例利用人呼吸产生的风能使摩擦纳米发电机的电压输出结果图。

[0027] 图6B为根据本公开实施例利用人呼吸产生的风能使摩擦纳米发电机的电流输出结果图。

[0028] 图7为根据本公开实施例利用人呼吸的能量，该基于摩擦纳米发电机的自驱动打印机打印出来的二维平面图形。

[0029] 图8为根据本公开实施例利用人呼吸的能量，该基于摩擦纳米发电机的自驱动打印机打印出来的柔性电路。

[0030] 【符号说明】

[0031] 11-第一摩擦层；                  12-第二摩擦层；

[0032] 111，113-第一导电极板；           121，123-第二导电极板；

[0033] 112-第一有机薄膜/涂层；          122-第二有机薄膜/涂层；

[0034] 13-振动膜；                      14-第一垫片；

[0035] 21-喷墨探头；                    22-打印载体；

[0036] 23-第三导电极板；                24-第二垫片；

[0037] 31-第一支撑板；                  32-第二支撑板；

[0038] 33-第三支撑板。

具体实施方式

[0039] 本公开提供了一种基于摩擦纳米发电机的自驱动打印机，将摩擦纳米发电机作为该自驱动打印机的能源供给，利用摩擦纳米级发电机收集风能从而将其转变为电能，并通过整流器的整流作用得到信号方向一致的输出电压，该电压在打印机的喷墨探头和导电极板两端加载电场，从而控制油墨从喷墨探头的滴落，并通过将喷墨探头和打印载体的移动方向设置为相互垂直，实现两个维度的着色控制，从而实现平面单色打印或者彩色打印，具有稳定性好、寿命长的优点，且可以实现柔性电路板的印刷，适用范围广。

[0040] 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。

[0041] 为了更好的显示各部分的作用，附图中的结构示意图仅仅作为示意，并不与实际器件的尺寸呈严格的缩放比例。说明书和权利要求书中的“宽度”、“长度”是以图1A为参考，垂直于纸面的方向前后对应的尺寸为宽度，沿着纸面方向左右对应的尺寸为长度；打印的尺寸和范围中的术语也与之保持一致。

[0042] 在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种基于摩擦纳米发电机的自驱动打印机。

[0043] 图1A为根据本公开实施例基于摩擦纳米发电机的自驱动打印机的剖面结构示意图。图1B为根据本公开实施例基于摩擦纳米发电机的自驱动打印机的侧面结构示意图。

[0044] 结合图1A和图1B可知，本公开的基于摩擦纳米发电机的自驱动打印机，包括：

[0045] 第一支撑板31，包含有一凸出部分，在该凸出部分上有一滑道；

[0046] 第二支撑板32，与第一支撑板31相对设置，与第一支撑板31之间存在距离，包含有一导槽，该导槽与该滑道沿垂直方向设置；

[0047] 第三支撑板33，与第二支撑板32相对设置，与第二支撑板32之间存在距离；

[0048] 一摩擦纳米发电机，设置于第二支撑板32和第三支撑板33之间，该摩擦纳米发电机至少包括：第一摩擦层11，固定于第二支撑板32下表面；第二摩擦层12，固定于第三支撑板33上表面；振动膜13，设置于第一摩擦层11和第二摩擦层12之间，在上、下振动过程中与第一摩擦层11以及第二摩擦层12实现接触摩擦、分离，该振动膜13与第一摩擦层11以及第二摩擦层12的材料均存在摩擦电极序差异；以及第一垫片14，设置于第二支撑板32与第三支撑板33之间，支撑并固定振动膜13的两端；

[0049] 喷墨探头21，穿过第一支撑板31的凸出部分，悬空于第二支撑板32上方，留有预定的距离，能沿着滑道自由移动；

[0050] 第三导电极板23，固定于第二支撑板32上表面，与第一支撑板31的凸出部分相对设置；

[0051] 打印载体22，设置于喷墨探头21和第三导电极板23之间，位于第二支撑板32的导槽内，能沿着导槽按照与喷墨探头21移动相垂直的方向实现自由移动；以及

[0052] 第二垫片24，设置于第一支撑板31与第二支撑板32的两端；

[0053] 其中，该摩擦纳米发电机输出的电能通过一整流器进行整流，输出直流电压，并加载于喷墨探头21和第三导电极板23之上，控制加载的直流电压大小实现对油墨从喷墨探头滴落的控制，从而实现对打印的自驱动控制。

[0054] 将本公开的基于摩擦纳米发电机的自驱动打印机分为上、下两个部分，参照图5中的虚线框部分对图1A所示的自驱动打印机进行形式分割，上方部分对应不含驱动的打印机结构，下方部分为摩擦纳米发电机的结构，分别按照摩擦纳米发电机的结构、不含驱动的打印机结构以及二者如何结合起来工作分别对该自驱动打印机的各个部分进行详细介绍。

[0055] 现有结构的摩擦纳米发电机均可以作为本发明中的打印机的驱动电源，图2为根据本公开实施例的摩擦纳米发电机的一种结构示意图。参照图2所示，在本公开的一些实施例中，该自驱动打印机中的摩擦纳米发电机的第一摩擦层11为一第一导电极板111，第二摩擦层12为一第二导电极板121，该第一导电极板111居中固定于第二支撑板32下表面，该第二导电极板121居中固定于第三支撑板33上表面，第一垫片14固定于第二支撑板32和第三支撑板33的两端，并将振动膜13设置于第一导电极板111和第二导电极板121之间，利用第一垫片14支撑并固定该振动膜13的两端。

[0056] 其中，第一导电极板111和第二导电极板121的材料可以为金属或导电的金属氧化物，二者的材料可以相同、可以不同；在制成打印机器件时，上述导电极板优选长条状，固定于上述支撑板上，优选支撑板的宽度与导电极板的宽度一致。

[0057] 本实施例中，振动膜13的材料为能够弯曲发生弹性形变的膜材料，可以是有机高分子薄膜材料，可选自聚乙烯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚偏二氯乙烯、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚三氟氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物或氯乙烯-醋酸乙烯共聚物等至少一种材料。

[0058] 本实施例中，振动膜13的长宽尺寸与第二支撑板32、第三支撑板33的长宽尺寸一致，该振动膜的厚度介于0.02mm～0.1mm之间，振动频率介于200Hz～300Hz之间。

[0059] 本实施例中，第一垫片14为亚克力薄片，厚度介于0.8mm～1.5mm之间。

[0060] 需要说明的是，在本公开的摩擦纳米发电机的结构中，第一导电极板111和第二导电极板121的固定位置并不局限于本实施例，而且第二支撑板32、第三支撑板33的作用均是起到固定、支撑该摩擦纳米发电机器件的作用，可以替换为其它类型的支撑件或者固定装置，并不局限于本公开提到的实施例；第一垫片14除了可以支撑并固定振动膜13的两端之外，还具有调节第一摩擦层11和第二摩擦层12之间的距离的作用；最简化的摩擦纳米发电机的结构包括：第一摩擦层11，第二摩擦层12和振动膜13，能够实现将风能转化为电能输出。

[0061] 图3为根据本公开实施例的摩擦纳米发电机的另一种结构示意图。参照图3所示，在本公开的另一些实施例中，与图2所示的摩擦纳米发电机结构的区别在于：该摩擦纳米发电机的第一摩擦层11和第二摩擦层12的结构不同，本实施例中，第一摩擦层11为一涂覆有第一有机薄膜/涂层112的第一导电极板113，第二摩擦层12为一涂覆有第二有机薄膜/涂层122的第二导电极板123，该第一有机薄膜/涂层112和第二有机薄膜/涂层122均不导电，第一导电极板113和第二导电极板123的材料可以为金属或导电的金属氧化物，二者的材料可以相同、可以不同；在制成打印机器件时，上述导电极板优选长条状，固定于上述支撑板上，优选支撑板的宽度与导电极板的宽度一致；采用有机薄膜或者有机涂层可以根据实际需要进行厚度选择。

[0062] 上述实施例中，第一导电极板111，113和第二导电极板121，123的材料为金属及合金、导电的金属氧化物，优选导电性好的材料，比如说，可以为铜、铝、钛、锡或镍等导电性较好的金属及其合金，氧化铟锡、掺杂氟的二氧化锡等导电性好的金属氧化物；有机薄膜或有机涂层的材料包括：聚氯乙烯，聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二氯乙烯，聚酰亚胺，纤维素，甲壳素或蚕丝蛋白等材料中的至少一种，有机涂层须与金属或金属氧化物表面紧密结合。

[0063] 图4为根据本公开实施例的不含驱动的打印机结构示意图。参照图4所示，不含驱动的打印机，包括：第一支撑板31，包含有一凸出部分，在该凸出部分上有一滑道；第二支撑板32，与第一支撑板31相对设置，与第一支撑板31之间存在距离，包含有一导槽，该导槽与该滑道沿垂直方向设置；第二垫片24，设置于第一支撑板31和第二支撑板32的两端，与第一支撑板31、第二支撑板32共同形成一个空间，用于打印操作；喷墨探头21，穿过第一支撑板31的凸出部分，悬空于第二支撑板32上方，留有预定的距离，能沿着滑道自由移动；第三导电极板23，固定于第二支撑板32上表面，与第一支撑板31的凸出部分相对设置；以及打印载体22，设置于喷墨探头21和第三导电极板23之间，位于第二支撑板32的导槽内，能沿着导槽按照与喷墨探头21移动相垂直的方向实现自由移动。

[0064] 本实施例中，第一支撑板31中包含有一凸出部分，其目的是为了提供喷墨探头21移动的空间，在该凸出部分上设置的滑道为一直线滑道，方向为垂直于纸面的前后方向；喷墨探头21可以沿着该直线滑道进行自由移动，该喷墨探头21能前后移动的最大距离取决于该自驱动打印机的宽度设置，该喷墨探头21能左右移动的最大距离取决于该凸出部分的长度。

[0065] 本实施例中，第二支撑板32与第一支撑板31相对设置，优选地，探头穿过第一支撑板31，悬空于第二支撑板32上方，距离第二支撑板32中放置的打印载体表面的距离介于1mm～8mm之间。

[0066] 本实施例中，第一支撑板31、第二支撑板32、第三支撑板33为亚克力板，厚度介于3mm～8mm之间。

[0067] 本实施例中，喷墨探头21可以是由金属制成的极细的喷墨探头，其长度介于10mm～100mm之间，与储存油墨的墨囊相连接；也可以是本身带有墨囊的可以导电的喷墨探头。

[0068] 本实施例中，用于打印的油墨可以是普通喷墨墨水，也可以是导电银浆、银纳米线溶液、银纳米颗粒溶液，金纳米颗粒溶液，液态汞或液态汞齐等导电液体。

[0069] 本实施例中，打印载体22可以是普通的纸张、纸板、布料，也可以是柔性的高分子薄膜，如聚酰亚胺薄膜，聚四氟乙烯薄膜等，优选的，该打印载体厚度介于0.05mm～0.5mm之间。

[0070] 本实施例中，第三导电极板23采用粘贴的方式紧密固定于第二支撑板32上表面，该第三导电极板23为金属或合金，优选铜、铝、钛、锡或镍等导电性较好的金属及其合金，其厚度介于0.1mm～1mm之间。

[0071] 由于打印载体22能够沿着第二支撑板32上的导槽按照与喷墨探头21移动方向相互垂直的方向自由移动，当该打印载体22停留在某一个位置时，由于喷墨探头21沿着垂直于纸面前后运动的方向自由移动，该喷墨探头21能前后移动的最大距离取决于该自驱动打印机的宽度设置，随着打印载体沿着垂直于喷墨探头移动的方向进行移动，那么便实现了二维平面打印；此外，除了固定喷墨探头与打印载体其中一个，移动另一个的打印方式，还可以是二者同时移动；从操作的简便性优选二者一个固定，一个移动的方式。

[0072] 本实施例中，第二垫片24为亚克力薄片，厚度介于0.8mm～1.5mm之间。该第二垫片24设置于第一支撑板31和第二支撑板32的两端，起到支撑和固定器件的作用，另外还能够通过控制第二垫片24的个数或厚度来实现对于第二垫片24与第一支撑板31、第二支撑板32共同形成的空间的大小实现调控。

[0073] 需要说明的是，附图中为了突出打印载体可以沿着与喷墨探头垂直的方向进行移动，(本实施例中沿着平行于纸面左右移动)故将其在图1A和图4中以其长度超过各个支撑板的尺寸示意，并不限制该打印载体的实际工作长度。

[0074] 本实施例中，整流器固定于第二支撑件32之上，但本公开中整流器可以位于该自驱动打印机的内部其他位置，或是位于该自驱动打印机的外部电路中，从设计的整体性和器件的一体化考虑，优选整流器设置于该自驱动打印机的内部。

[0075] 本实施例中，根据制备的自驱动打印机的器件进行实验得出，当该摩擦纳米发电机的输出电压大于30V时，便可以使油墨在电场的作用下滴落到打印载体表面。当输出电压在30V左右时，喷墨探头21与打印载体22表面距离约为1mm较适宜；当输出电压在40V左右时，喷墨探头与打印载体表面距离约为2mm较适宜；当输出电压在60V左右时，喷墨探头与打印载体表面距离约为3mm较适宜；当输出电压在120V左右时，喷墨探头与打印载体表面距离约为5mm较适宜。

[0076] 本实施例中，对应实验的自驱动打印机的器件的尺寸和安装过程如下：1、制备摩擦纳米发电机结构：切割尺寸为100mm×60mm×5mm的长条形亚克力板作为第二支撑板和第三支撑板；将尺寸为60mm×10mm×2mm的垫片紧密粘贴于第二支撑板和第三支撑板两端；然后将所制得的尺寸为100mm×60mm×0.4mm的氧化铟锡片分别作为第一摩擦层和第二摩擦层居中紧密粘贴在第二支撑板下表面和第三支撑板上表面；并将尺寸为100mm×60mm×0，04mm的聚全氟乙烯膜作为振动膜放置在第一摩擦层和第二摩擦层之间，最后用塑料螺丝穿过垫片将振动膜两端固定；2、制备不含驱动的打印机结构：切割尺寸为100mm×60mm×5mm的长条形亚克力板作为第一支撑板和第二支撑板，其中第一支撑板上方凸起的尺寸为78mm×60mm×16mm，亚克力板厚度为5mm；将尺寸为60mm×10mm×2mm的垫片紧密粘贴于第一支撑板和第二支撑板两端；然后将尺寸为50mm×8mm的铜片作为第二导电极板紧密粘贴第二支撑板的上表面，将第一支撑板凸起的部分对准铜片的正上方，将裁剪好的打印纸放入导槽内，两端用螺丝固定，再将带有墨囊的喷墨探头放入亚克力空腔内，探头尺寸为长度
80mm，外径3mm，内径1mm，探头的底部距离纸面的距离可调节，在1mm～8mm之间，这里先设置为3mm的距离。

[0077] 其中，同时作为摩擦纳米发电机结构和不含驱动的打印机结构中的第二支撑板可以是同样材料一体成型制备的同一块支撑板，同时起到支撑摩擦纳米发电机的结构和打印机的结构的作用，也可以是由相同材料或不同材料单独制备的两块支撑板然后采用胶粘或者其他类型的固定方式结合为一体，成为本公开提到的第二支撑板32。

[0078] 图5为根据本公开实施例基于摩擦纳米发电机的自驱动打印机的工作状态示意图。

[0079] 结合图5和图1A所示，本公开的基于摩擦纳米发电机的自驱动打印机的工作原理如下：当有外界风载荷通过位于下方的摩擦纳米发电机时，振动膜13进行上、下振动，在振动过程中与第一摩擦层11、第二摩擦层12实现不断的接触摩擦和分离过程，在接触-分离的运动过程中在第一摩擦层11和第二摩擦层12之间产生感应电荷，并存在电势的变化和相对高低，那么将第一摩擦层11和第二摩擦层12均与外电路连接，则在电路中形成周期性变化的正弦波交流信号，实现将风能转化为电能；通过在外电路中设置整流器(整流桥)进行整流作用，使得输出的交流信号转变为直流信号，然后将该直流信号的正极和负极分别通过导线连接喷墨探头21和第三导电极板23，在二者之间形成相应电势差的电场，当外加电场足够强，油墨表面累积的电荷足够多时，油墨会在电场的作用下脱离喷墨探头，当喷墨探头21和打印载体22分别移动到固定的位置后，可以通过开关1和开关2控制外加电场的加载和撤除，从而实现控制探头上油墨的滴落位置，通过喷墨探头与打印载体构成的二维运动便可以实现二维图案的自驱动平面打印。

[0080] 根据上述公开的基于摩擦纳米发电机的自驱动打印机进行了电源供能实验、打印效果实验。

[0081] 采用如下尺寸的摩擦纳米发电机的器件进行了对该自驱动打印机的电能供应情况的实验：上、下支撑板的尺寸为100mm×60mm×5mm，两端垫片尺寸为60mm×10mm×2mm，上、下导电极板均为金属，尺寸为100mm×60mm×0.4mm，振动膜的材料为聚全氟乙丙烯，尺寸为100mm×60mm×0.04mm。图6A为根据本公开实施例利用人呼吸产生的风能使摩擦纳米发电机的电压输出结果图。图6B为根据本公开实施例利用人呼吸产生的风能使摩擦纳米发电机的电流输出结果图。参照图6A和图6B的结果所示，当人用力吹风带动振动膜振动时，该摩擦纳米发电机对外输出的电压为60V，电流为8μA。

[0082] 图7为根据本公开实施例利用人呼吸的能量，该基于摩擦纳米发电机的自驱动打印机打印出来的二维平面图形。参照图7所示，利用该自驱动打印机打印出来的图形为一二维的正弦波图形，墨迹清晰可辨，且图案打印精准可控。

[0083] 图8为根据本公开实施例利用人呼吸的能量，该基于摩擦纳米发电机的自驱动打印机打印出来的柔性电路。参照图8所示，打印出来的该柔性电路板接通外电路之后能够使灯泡发光，是有效的柔性电路。

[0084] 综上所述，本公开提供了一种基于摩擦纳米发电机的自驱动打印机，将摩擦纳米发电机作为该自驱动打印机的能源供给，利用摩擦纳米级发电机收集风能从而将其转变为电能，并通过整流器的整流作用得到信号方向一致的输出电压，该电压在打印机的喷墨探头和导电极板两端加载电场，从而控制油墨从喷墨探头的滴落，并通过将喷墨探头和打印载体的移动方向设置为相互垂直，实现两个维度的着色控制，从而实现自驱动平面单色打印或者彩色打印，具有稳定性好、寿命长的优点，且可以实现柔性电路板的印刷，适用范围广。

[0085] 还需要说明的是，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。并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

[0086] 除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

[0087] 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。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。

[0088] 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。