[发明专利]一种具有摩擦层双面微结构的摩擦纳米发电机及其制备方法

权利要求书

1.一种具有摩擦层双面微结构的摩擦纳米发电机的制备方法，包括由第一电极层与第一摩擦层组成的第一发电部件，以及由第二电极层与第二摩擦层组成的第二发电部件，所述第二发电部件的第二摩擦层的上、下表面均设有微结构，第二电极层与第二摩擦层贴合的界面上设有微结构；所述第一发电部件的第一摩擦层的上、下表面设有或不设有微结构，第一电极层与第一摩擦层贴合的界面上设有或不设有微结构；所述第一发电部件或仅为第一电极层且兼作第一摩擦层；所述第一发电部件的第一摩擦层与第二发电部件的第二摩擦层按两摩擦层的接触设置可分为垂直接触-分离模式、水平滑动模式、单电极模式或独立层模式的摩擦纳米发电机；所述垂直接触-分离模式的摩擦纳米发电机，其第一发电部件的第一摩擦层与第二发电部件的第二摩擦层为垂直且面对面的接触设置，当作用于摩擦面周期性的垂直外力，第一摩擦层与第二摩擦层周期性的接触与分离，使得第一电极层与第二电极层之间产生交流电信号；所述水平滑动模式的摩擦纳米发电机，其第一发电部件的第一摩擦层与第二发电部件的第二摩擦层为面对面的接触设置，当作用于摩擦面周期性的水平外力，第一摩擦层与第二摩擦层发生相对滑动产生摩擦电荷，使得第一电极层与第二电极层之间产生交流电信号；所述单电极模式的摩擦纳米发电机，其第一发电部件仅为第一摩擦层组成，第一发电部件的第一摩擦层与第二发电部件的第二摩擦层为垂直且面对面的接触设置，并将第二电极层通过外部负载接地，当作用于摩擦面周期性的垂直外力，使第一摩擦层与第二摩擦层周期性的接触与分离，电子通过外部负载在接地和第二电极层之间流动，从而产生交流电信号；所述独立层模式的摩擦纳米发电机，第一发电部件仅为两个第一电极层组成，第二发电部件设置于第一发电部件上方，且第二摩擦层分别与两个第一电极层为面对面的接触设置，当作用于摩擦面周期性的水平外力，使得左、右两个第一电极层之间产生交流电信号；所述微结构为化学刻蚀工艺制备的具有1～200微米、1纳米～1微米或其两者复合的粗糙结构，其特征在于该摩擦纳米发电机的具体制备包括如下步骤：

步骤1：电极的制备

将厚度为100～1000um的铝、铜、银或铁的金属薄膜按设计要求裁剪为第一发电部件的第一电极层，将其打磨后为制备第二发电部件的第二电极层；

步骤2：电极上的微结构制备

在第二电极层上表面进行1～200微米、1纳米～1微米或其两者复合的微结构化学刻蚀，刻蚀后用去离子水超声清洗1～2min，并用氮气干燥，制得表面具有微结构的电极层；

步骤3：保护层的制备

室温下，将上述步骤2制备的表面具有微结构的电极层，其下表面放在高分子聚合物与固化剂混合的预聚物上，然后在温度为60～80℃的烘箱中固化处理1～1.5h，得到电极保护层；

步骤4：摩擦层的设置

在上述步骤3的表面具有微结构的电极层上表面旋涂高分子聚合物与固化剂混合的预聚物，得到的涂层为摩擦层；

步骤5：摩擦层的预固化

将上述步骤4制备的摩擦层抽真空处理20～30min，并将其在温度为60～80℃的烘箱中处理20～25min，得到预固化的高分子聚合物涂层；

步骤6：摩擦层的制备

将上述步骤2制备的另一电极层的微结构贴合在上述步骤5预固化的摩擦层上，并压上质量为1.5～2KG的砝码，然后将其在温度为60～80℃的烘箱中固化处理1～1.5h，得到固化的摩擦层；

步骤7：摩擦层上的微结构制备

采用化学腐蚀对上述步骤6中的另一电极层进行刻蚀，直至该另一电极层被完全腐蚀后用去离子水超声清洗1～2min，并用氮气干燥，制得表面具有微结构的摩擦层；

步骤8：第二发电部件的制备

将上述步骤7中的电极保护层从表面具有微结构的电极层上剥离，制得贴合界面具有微结构的第二发电部件，其表面具有微结构的电极层为第二电极层，表面具有微结构的摩擦层为第二摩擦层；

步骤9：第一发电部件的制备

在第一电极层上贴合第一摩擦层为第一发电部件；

步骤10：摩擦纳米发电机的制备

利用导线及导电胶带对第一发电部件中的第一电极层及第二发电部件中的第二电极层进行引线，制得一种具有双层结构的摩擦纳米发电机。

2.根据权利要求1所述具有摩擦层双面微结构的摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于所述化学刻蚀采用盐酸、硫酸、硝酸、氯化铁、铁氰化钾或草酸溶液。