[发明专利]掺导电材料的PDMS复合膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种掺导电材料提高纳米发电机摩擦层纵向电荷密度的PDMS复合膜及其制备方法，包括如下步骤：1)取衬底，取铝箔粘在衬底上；2)在铝箔上旋涂PDMS溶液，旋涂完即在真空腔中抽真空，然后加热固化；3)用磁控溅射方法在PDMS表面喷金；4)进行等离子体处理，旋涂PDMS溶液；5)真空腔中抽真空，加热固化；6)重复步骤3)至步骤5)，得到有不同金层数的PDMS金复合膜。本发明成功制得了一种有高的转移电荷密度，并同时具有生物相容性和低阻抗特性的G‑TENG，通过在摩擦面的近表面出埋下金层而增加内部电子区域从而增加TENG的输出，金层有利于电子在摩擦层内部漂移并起到捕获电子的作用。

技术领域

本发明涉及摩擦纳米发电技术领域，具体涉及一种掺导电材料提高纳米发电机摩擦层纵向电荷密度的PDMS复合膜及其制备方法。

背景技术

近年来，基于静电感应效应和摩擦起电效应的耦合的摩擦纳米发电机(TENG)被越来越多地用于收集周围环境机械。因为TENG可以直接将机械能转换成电能，并立即给小型的电子器件供电，许多研究表明TENG可以有效地将诸如人体的运动，海浪，风等存在于我们周围环境中的机械能收集起来。随着如生物医学传感器、电子皮肤和人机交互传感器等基于TENG技术的传感设备的发展，人们就更加期望可以有一种具有生物友好性的TENG的摩擦材料，扩大表面电荷密度来扩大它的应用面。随着TENG的理论基础逐步完善，我们可以通过理论分析过程从根本上来提高TENG的输出性能。

作为驻极体中的一员的聚合二甲基硅氧烷(PDMS,[Si(CH₃)₂O]n)，由于其拥有可塑性，透明度，柔韧性，高电负性和生物兼容性等优点，常常作为制作TENG的首选材料。然而，很多之前的工作主要集中于材料表面结构和化学的修饰的研究，对于摩擦层内部的空间结构鲜有研究。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能够通过掺导电材料来提高纳米发电机摩擦层纵向电荷密度的PDMS复合膜及其制备方法。

本发明实现其目的采用的技术方案为：

一种掺导电材料提高纳米发电机摩擦层纵向电荷密度的PDMS复合膜的制备方法，包括如下步骤：

1)取一块纳米发电机衬底，取一片铝箔粘在衬底上；

2)在铝箔上旋涂PDMS溶液，旋涂的速度为100～8000rpm，旋涂时间5～100s，旋涂完即在真空腔中抽真空10～120分钟，然后将其置于40～70摄氏度的加热板上加热0.5～6.5小时固化，得到PDMS层；

3)用磁控溅射的方法在PDMS表面进行时长为10～80秒的喷金；

4)将喷金后的PDMS膜进行等离子体处理，随后再进行PDMS溶液的旋涂，旋涂速度为3000～9000rpm，时间为20～70s；

5)旋涂完PDMS溶液后即在真空腔中抽真空30～120分钟，然后置于40～70摄氏度的加热板上加热0.5～6.5小时固化，得到有一层金层的PDMS金复合膜；

6)重复步骤3)至步骤5)，得到有不同金层数的PDMS金复合膜。

所述衬底为亚克力板或者PVC或者木材或者玻璃或者树脂板或者聚酰亚胺板或者PET板或者尼龙板或者PP板或者PMMA板或者PTFE板。

所述步骤3)中喷金采用离子溅射仪，设置仪器的真空度为5×10^-2pa、电流强度为15mA。

一种掺导电材料提高纳米发电机摩擦层纵向电荷密度的PDMS复合膜，所述PDMS复合膜从下往上依次设置有衬底、铝箔层、第一PDMS层、至少一层Au-PDMS复合层，所述Au-PDMS复合层包括金层和在金层上方的第二PDMS层。

所述Au-PDMS复合层的层数为1～6层。