[发明专利]一种植物蛋白摩擦纳米发电机及其应用

说明书

本发明公开了一种植物蛋白摩擦纳米发电机及其应用。摩擦发电机包括摩擦电负层和蛋白膜，蛋白膜与摩擦电负层面对面堆叠，各自的背表面粘附或镀上电极，或者仅蛋白膜背表面或摩擦电负层背表面设置接地的电极；将蛋白质粉末溶于水或者乙醇水溶液中，然后添加增塑剂，经过热处理使得蛋白质变性，得到成膜所需的更延伸的结构；最后蒸发溶剂干燥得到质地均匀，具有透明度和柔性好的蛋白膜；并且将摩擦发电机用于农作物的生长应用。本发明创新性地利用植物蛋白作为摩擦电材料，利用摩擦纳米发电机作为生物可降解的地膜，为农业创造了空间电场促进系统，并进一步用于农作物的生长作用。

技术领域

本发明涉及了一种摩擦纳米发电机，尤其是涉及一种植物蛋白摩擦纳米发电机及其应用。

背景技术

随着柔性和便携式电子产品的快速发展，能够有效地将各种形式的机械能转换为电能的摩擦纳米发电机将被用作未来世界能源供应的主流。目前为止，摩擦纳米发电机的大多数研究工作都在强调结构设计或材料创新。

目前在摩擦纳米发电机中广泛使用的材料包括聚酰胺(尼龙)-11和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。值得注意的是这些材料并不能完全降解并且易于释放危险的化学物质，随着电子产品的快速升级将成为电子废物，这无疑给环境带来了巨大的负担。因此，用生物可降解和无毒材料制造的柔性装置受到越来越多的关注。

近年来，多种生物材料如淀粉，壳聚糖，蚕丝纳米纤维，明胶和细菌纳米纤维素制备的摩擦发电机被广泛应用于植入式设备，医疗保健和环境监测等领域中。然而，繁琐的加工步骤将使其难以实际应用。迄今为止，关于植物蛋白在摩擦纳米发电机中的应用还是一片空白，其摩擦起电性质及机理也有待探究。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题和填补空白，本发明的目的在于将植物蛋白作为一种新的摩擦电材料引入摩擦发电机领域中，并且创新地将基于植物蛋白的摩擦发电机作为生物可降解地膜应用于空间电场促生系统中。这种摩擦纳米发电机可用于收集环境中的机械能，并且可以作为生物可降解地膜用于空间电场促生系统。

本发明的技术方案：

一、一种基于植物蛋白的摩擦发电机：

所述的摩擦发电机包括摩擦电负层和蛋白膜，以蛋白膜作为摩擦给电子层，蛋白膜与摩擦电负层面对面堆叠，各自的背表面粘附或镀上电极，或者仅蛋白膜背表面或摩擦电负层背表面设置接地的电极。

本发明首次提出将蛋白膜用于摩擦发电的应用，并且也首次提出将这种带有蛋白膜的摩擦发电机用于作用生物组织的生长。

所述的蛋白膜采用以下方式制备而成：将难溶解的蛋白质粉末溶于水(溶于水时通过调节pH远离等电点使蛋白质分散均匀)或者乙醇水溶液中，然后添加增塑剂(这样能减少蛋白质分子之间的相互作用使得膜拉伸性能提高，柔性增强，不易干裂)，经过超过玻璃化转变温度的热处理使得蛋白质变性，得到成膜所需的更延伸的结构，蛋白质链在此过程中通过形成氢键、离子键、共价键以及疏水作用增强蛋白质膜的网络结构强度，其中包括促进巯基氧化成二硫键来增强蛋白质膜的网络强度；最后蒸发溶剂干燥得到质地均匀，具有透明度和柔性好的蛋白膜。

所述的摩擦电负层采用聚四氟乙烯(Teflon)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰亚胺(Kapton)、硅橡胶(Ecoflex)、聚乳酸(PLA)等，均可作为摩擦发电机的摩擦电负层材料。

二、本发明的摩擦发电机用于农作物的生长应用，对农作物的生长具有促进作用。将摩擦发电机置于土壤上，蛋白膜在接触土壤的一侧，并对该摩擦发电机施加力使得摩擦电负层和蛋白膜之间发生接近、离开或者相对滑移，即施加了机械能，进而对农作物产生了生长促进的电场。

具体地，所述的摩擦发电机采用以下过程制备：