[发明专利]柔性纳米摩擦发电机的制备方法及该摩擦发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种摩擦发电机及其制备方法，尤其是涉及一种柔性纳米摩擦发电机及其制备方法。

背景技术

随着现代生活水平不断提高，生活节奏不断加快，出现了应用方便、对环境依赖度低的自发电设备。现有的自发电设备通常利用材料的压电特性。例如2006年，美国佐治亚理工学院教授王中林等成功地在纳米尺度范围内将机械能转换成电能，研制出世界上最小的发电机-纳米发电机。纳米发电机的基本原理是：当纳米线（NWs）在外力下动态拉伸时，纳米线中生成压电电势，相应瞬变电流在两端流动以平衡费米能级。

物体和物体之间相互进行摩擦，就会使一方带上负电，另一方带上正电，由于物体间摩擦产生的电叫摩擦电。摩擦电是自然界最常见的现象之一，但是因为很难收集利用而被忽略。如果能够将摩擦电应用到自发电设备中，势必会给人们的生活带来更多的便利。

发明内容

本发明解决的技术问题是克服以往纳米摩擦发电机摩擦凹凸面通过光刻等方法制备时制备工艺复杂、成本高的缺陷，提供一种柔性纳米摩擦发电机的制备方法，制备方法简单，工艺重复性强，所得柔性纳米摩擦发电机能够利用摩擦产生感应电场，从而完成自供电。

本发明采用表面带有纳米至微米级凸起的模板制备高分子聚合物膜，使得高分子聚合物膜表面带有凹凸结构，且该凹凸结构的凸起高度容易调节控制。将该高分子层聚合物膜应用于柔性纳米摩擦发电机，所得柔性纳米摩擦发电机性能稳定，应用范围宽。

为了解决上述技术问题，本发明提供的第一技术方案是，一种柔性纳米摩擦发电机的制备方法，该方法包括：

（1）制备表面粗糙化处理的高分子聚合物膜

将高分子聚合物浆料涂覆于模板表面，在模板表面形成聚合物液体膜，其中所述模板是经过表面粗糙化处理的模板；干燥，分离，得到表面带有微纳凹凸结构的高分子聚合物膜；

（2）制备柔性纳米摩擦发电机

将所述高分子聚合物膜用作第一高分子聚合物层，依次层叠设置第一电极、第一高分子聚合物层、第二高分子聚合物层和第二电极，制成柔性纳米摩擦发电机；所述第一电极和第二电极为摩擦发电机电压和电流输出电极。

前述的柔性纳米摩擦发电机的制备方法，所述模板是砂纸，优选8000-12000目（粒径1-1.5μm，美国标准）砂纸。

前述的柔性纳米摩擦发电机的制备方法，步骤（1）中，所述表面粗糙化处理是将金属板采用砂纸打磨，直至得到表面粗糙度Rz为2~15的金属板。

前述的柔性纳米摩擦发电机的制备方法，步骤（1）中，所述表面粗糙化处理是将硅片或玻璃用强酸溶液或强碱溶液浸泡，直至得到表面粗糙度Rz为2~15的硅片或玻璃。

前述的柔性纳米摩擦发电机的制备方法，所述高分子聚合物是聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚醋酸乙烯酯（PVA）、聚丙烯酰胺（PAN）或聚偏氟乙烯（PVDF）。

前述的柔性纳米摩擦发电机的制备方法，步骤（1）中，所述干燥是将表面形成有聚合物液体膜的模板在50-80℃下干燥处理3-5小时。

本发明提供的第二技术方案是，一种柔性纳米摩擦发电机的制备方法，该方法包括：

（1）制备表面粗糙化处理的高分子聚合物膜

将高分子聚合物膜用粒径2.6-75μm(200-5000目，美国标准)的砂纸打磨，直至得到表面带有微纳凹凸结构的高分子聚合物膜；

（2）制备柔性纳米摩擦发电机

将所述高分子聚合物膜用作第一高分子聚合物层，依次层叠设置第一电极、第一高分子聚合物层、第二高分子聚合物层和第二电极，制成柔性纳米摩擦发电机；所述第一电极和第二电极为摩擦发电机电压和电流输出电极。

前述的柔性纳米摩擦发电机的制备方法，所述步骤（1）中高分子聚合物是聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚醋酸乙烯酯（PVA）、聚丙烯酰胺（PAN）或聚偏氟乙烯（PVDF）。

前述的柔性纳米摩擦发电机的制备方法，所述步骤（1）所得高分子聚合物膜的表面粗糙度Rz=0.5~15。

本发明提供的第三技术方案是，采用上述任一项方法制备的柔性纳米摩擦发电机，所述柔性纳米摩擦发电机包括依次层叠设置的第一电极、第一高分子聚合物层、第二高分子聚合物层和第二电极。