[发明专利]基于废弃氟化橡胶粉末的自供电纳米摩擦电发电机的制备方法

说明书

本发明涉及一种基于废弃氟化橡胶粉末的自供电纳米摩擦电发电机及制备方法，包括如下步骤：将正电极经过水辅助氧化处理后固定在丙烯酸底座上，将聚二甲硅氧烷旋涂在铝箔上进行预处理，使经过清洗筛选氟化处理的废弃橡胶粉末转移到半硫化的聚二甲基硅氧烷膜表面进行充分硬固化，然后将产物固定在另一块丙烯酸玻璃上作为负电极，最后将正负极通过弹簧相连接。所述负极为废弃氟化橡胶与聚二甲基硅氧烷复合材料，正极为水辅助氧化铝，提供较大的摩擦电序差。本发明充分利用难以降解的废弃橡胶作为原材料，并将其转变为可再生能源重复使用，为解决废弃橡胶再利用提供有效方法。

技术领域

本发明属于新能源开发和纳米发电领域，特别是涉及一种基于废弃氟化橡胶粉末的自供电纳米摩擦电发电机。

背景技术

随着能源枯竭和资源浪费的日益严重，从可持续、可再生、环保的资源中获取能源的方法成为缓解能源危机的热点问题和可行的途径。而在各种可再生能源资源中，机械能是一种高度可靠并且低成本的能源，除电磁感应发电外，研究人员已经发现多种机械能转变为电能的发电方式，如新型发电方式如摩擦电发电、压电发电等。而摩擦发电因为其高输出性能、环境友好性、可持续性以及机械能来源丰富而备受关注。

目前现有技术中摩擦纳米发电机的摩擦材料比较固定，多为金属和高分子聚合物，如铝、铜、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等，例如He X等人运用金纳米颗粒制备摩擦电纳米发电机，其发电功率可以达到 11.5W/m²。然而摩擦电材料成本较高，限制了高性能高输出的纳米摩擦电发电机在市场上大规模生产和运用。所以寻找低成本材料来制备高性能纳米发电机成为摩擦电发电领域的一个关键问题。

根据摩擦序列，橡胶能够通过摩擦带有大量的电荷，因此具有广阔的利用价值，而据统计每年大约有1000万条橡胶轮胎被全世界废弃，橡胶因其难以降解的特点会造成严重的环境问题，因此，如何重复利用橡胶已成为热点问题。

发明内容

要解决的技术问题

本发明根据橡胶摩擦带电现象和废旧橡胶难以被回收利用的情况，提供了一种基于废弃氟化橡胶粉末的自供电纳米摩擦发电机，目的是用以有效回收利用废弃橡胶并且提高纳米发电机的输出性能。本发明原料成本低，输出性能稳定，且具有良好的电输出能力。

技术方案

一种基于废弃氟化橡胶粉末的自供电纳米摩擦电发电机，其特征在于包括：由废弃氟化橡胶粉末、聚二甲基硅氧烷构成的负电极涂覆在铝箔上，并固定在丙烯酸基板上；以水辅助氧化铝作为正电极固定在另一块丙烯酸基板上；两块丙烯酸基板由四根弹簧连接，导线将上层水辅助氧化铝和下层的铝箔电极相连。

一种发电机的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：制备氟化废弃橡胶纳米颗粒

步骤1a、将废弃橡胶粉末用去离子水和丙酮处理表面污垢；

步骤1b、将废弃橡胶粉末在水溶过氧化氢溶液中进行一次氧化；

步骤1c、将废弃橡胶粉末放置在盛有10％过氧化氢溶液的玻璃容器中在80℃环境下持续搅拌3小时；

步骤1d、将废弃橡胶粉末放置于滴加几滴三氯硅烷液滴的密封容器中保持95℃加热1小时；

步骤2：制备摩擦电复合层

步骤2a、将聚二甲基硅氧烷旋涂在铝箔上并且在70℃下预处理3分钟；

步骤2b、将氟化废弃橡胶粉末转移到半硫化的PDMS膜表面，经过充分硬固化后，废弃橡胶粉末将通过PDMS膜紧紧的贴在铝箔上；

步骤3：制备下层摩擦电极，将摩擦电复合层固定在另一块丙烯酸玻璃上作为负电极；

步骤4：制备上层摩擦电极