[发明专利]发电效果改善的摩擦发电机及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，尤其是涉及一种应用纳米材料的摩擦发电机。

背景技术

目前，能源问题是影响人类进步和可持续发展的重大课题之一。各种围绕新能源开发、可重复利用再生能源的研究正在世界各地如火如荼地进行着。

采用摩擦技术构建的能量收集和转换装置，在自供电纳米系统中起关键作用。并且，由于其具备环保、成本低、自驱动等特性，受到了广泛关注。随着王中林教授研究组研发的压电摩擦发电机实现机械能转换为电能以来，以压电和摩擦电为基础的不同结构和材料的摩擦发电机相继问世。目前，摩擦发电机已能够驱动小型液晶显示屏、低功率发光二极管以及微型电子器件和模块等。

其中，柔性透明摩擦发电机一经报道就引起了人们的广泛关注。在该类摩擦发电机的制作中，粘性材料薄膜例如聚二甲基硅氧烷（PDMS）或软质聚氯乙烯（PVC）是首选的性能优异材料之一。其中PDMS不但具有优良的柔性，高透光率，同时还具有很好的生物相容性，为该类摩擦发电机提供了广泛的应用空间。用于制作柔性透明摩擦发电机的PDMS在固化成膜后具有很好的橡胶弹性和变形性，当与另一光滑面接触后会紧密吸附在该表面，同时由于排尽了两接触面间的空气，大气压强进一步造成两摩擦面难以分离，因而直接制作的摩擦发电机难以有较好的输出性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有柔性摩擦发电机输出性能的缺陷，提供了一种发电效果改善的摩擦发电机及其制备方法，可以明显提高摩擦发电机的输出性能。

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

（1）在粘性材料薄膜至少一侧表面涂覆纳米颗粒，得到纳米薄膜层；

（2）制成摩擦发电机，

所述摩擦发电机包括层叠设置的第一电极层，第一聚合物材料层，和第二电极层；或者所述摩擦发电机包括层叠设置的第一电极层，第一聚合物材料层，第二聚合物材料层和第二电极层；或者所述摩擦发电机包括层叠设置的第一电极层，第一聚合物材料层，居间电极层，第二聚合物材料层和第二电极层；或者所述摩擦发电机包括层叠设置的第一电极层，第一聚合物材料层，居间薄膜层，第二聚合物材料层和第二电极层；

其中，第一聚合物材料层，和/或第二聚合物材料层，和/或居间薄膜层由步骤（1）所得纳米薄膜层构成。

前述的摩擦发电机的制备方法，所述粘性材料薄膜所用材料是聚二甲基硅氧烷（PDMS）或软质PVC。

本发明所述软质PVC为增塑剂添加量大于25重量份的PVC，该软质PVC可以市购得到。

前述的摩擦发电机的制备方法，所述纳米颗粒是非金属纳米颗粒或金属纳米颗粒。

前述的摩擦发电机的制备方法，所述纳米颗粒是纳米二氧化硅，纳米二氧化钛，纳米氧化锌，纳米三氧化二铁，纳米氧化铝，纳米碳酸钙，纳米硫酸钡，纳米钛酸钡，纳米锡酸钡，纳米聚苯胺，纳米碳化硅，纳米氮化硅，如下金属的纳米碳化物或纳米氮化物：Cr、Ti、V、Zr、Mo、W；纳米金颗粒，纳米银颗粒，纳米Ag-Cu合金颗粒，或纳米Au-Cu合金颗粒。

前述的摩擦发电机的制备方法，将纳米颗粒的固体粉末涂覆在粘性材料薄膜的至少一侧表面上。

前述的摩擦发电机的制备方法，将纳米颗粒分散在有机溶剂中，得到浆料，然后将浆料涂覆在粘性材料薄膜的至少一侧表面上。

前述的摩擦发电机的制备方法，所述有机溶剂是乙醇，异丙醇，丙酮或正己烷。

前述的摩擦发电机的制备方法，所述纳米颗粒的涂覆量为每平米粘性材料薄膜表面涂覆0.01g-0.5g。

前述的摩擦发电机的制备方法，所述纳米颗粒的涂覆量为每平米粘性材料薄膜表面涂覆0.01g-0.1g。

前述的摩擦发电机的制备方法，所述纳米颗粒粒径为5nm-800nm。

本发明提供的第二技术方案，一种摩擦发电机，包括层叠设置的第一电极层，第一聚合物材料层，和第二电极层，其中第一聚合物材料层所用材料是在粘性材料薄膜一侧表面涂覆纳米颗粒得到的纳米薄膜层，所述纳米薄膜层的涂覆纳米颗粒的侧表面相对第二电极层设置。

前述的摩擦发电机，所述粘性材料薄膜所用材料是聚二甲基硅氧烷（PDMS）或软质PVC。

前述的摩擦发电机，所述纳米颗粒是非金属纳米颗粒或金属纳米颗粒。