[发明专利]一种可拉伸摩擦纳米发电机及其制备方法在审

专利信息
申请号: 202011083183.X 申请日: 2020-10-12
公开(公告)号: CN112260573A 公开(公告)日: 2021-01-22
发明(设计)人: 朱光;曹晋玮;梁飞 申请(专利权)人: 宁波诺丁汉新材料研究院有限公司
主分类号: H02N1/04 分类号: H02N1/04;B05D5/12;B05D1/04;D01D5/00
代理公司: 北京隆源天恒知识产权代理事务所(普通合伙) 11473 代理人: 鲍丽伟
地址: 315040 浙江省宁波*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 一种 拉伸 摩擦 纳米 发电机 及其 制备 方法
【说明书】:

发明提供了一种可拉伸摩擦纳米发电机及其制备方法。所述可拉伸摩擦纳米发电机包括:拉伸起电层,其内设置一封闭腔体,所述腔体内适于填充液态金属,所述封闭腔体包括第一腔体和沿所述第一腔体周向分布的多个孔道,所述液态金属适于在所述孔道与所述第一腔体之间流动;电极层,所述电极层适于与所述拉伸起电层的表面连接。本发明可以多方向拉伸及释放所述拉伸起电层,使得液态金属均在第一腔体和孔道之间流动往返,由此导致拉伸起电层的表面产生感应电荷,与现有技术相比,本发明消除了发电机电性能输出在输出方向上的限制,提高了发电机的电能输出能力。

技术领域

本发明涉及摩擦纳米发电机技术领域,具体而言,涉及一种可拉伸摩擦纳米发电机及其制备方法。

背景技术

摩擦纳米发电机是一种新型自驱动能量收集器件,其利用摩擦起电效应和静电感应效应的耦合把微小的机械能转换为电能。由于其设计简单、材料选择性广及输出性能高而被广泛应用于柔性可拉伸能源。其中可拉伸摩擦纳米发电机在柔性电子及可穿戴器件中有重要应用。

目前大部分可拉伸发电机一般基于如下两种结构:一、利用预处理的褶皱起电层在拉伸过程发生有效接触分离来实现电能输出;二、基于拉伸过程中弹性起电材料与液体的接触分离产生电输出。虽然这两种结构的可拉伸摩擦纳米发电机已经有很多重要的进展,但其只允许摩擦纳米发电机在单一拉伸方向上产生电输出,且常用的弹性起电材料摩擦电荷密度低,因此可拉伸摩擦纳米发电机的电能输出较低。

发明内容

本发明解决的问题是现有可拉伸摩擦纳米发电机的电能输出较低和拉伸方向单一的问题。

为解决上述问题中的至少一个方面,本发明提供一种可拉伸摩擦纳米发电机,包括:

拉伸起电层,其内设置一封闭腔体,所述封闭腔体内适于填充液态金属,所述封闭腔体包括第一腔体和沿所述第一腔体周向分布的多个孔道,所述液态金属适于在所述孔道与所述第一腔体之间流动;

电极层,所述电极层适于与所述拉伸起电层的表面连接。

较佳地,所述第一腔体为正泊松比环形结构,所述孔道为负泊松比结构,或者,所述第一腔体为负泊松比环形结构,所述孔道为正泊松比结构。

较佳地,所述孔道的与所述第一腔体连接的一端的截面积小于所述孔道的远离所述第一腔体的一端的截面积。

较佳地,所述孔道包括第二腔体和连接通道,所述连接通道用于连接所述第一腔体和所述第二腔体。

本发明提供的可拉伸摩擦纳米发电机相较于现有技术具有的有益效果如下:

本发明在拉伸起电层内设置特殊结构的封闭腔体,使得孔道沿第一腔体的周向分布,因此,可以多方向拉伸所述拉伸起电层,使得液态金属均在内部第一腔体和外部孔道之间流动往返,由此导致拉伸起电层的表面产生感应电荷,与现有技术相比,本发明消除了发电机电性能输出在输出方向上的限制,提高了发电机的电能输出能力。

本发明还提供一种可拉伸摩擦纳米发电机的制备方法,包括:

将拉伸起电层的前驱体材料置于模具中进行固化处理,得到内部设置有封闭腔体的拉伸起电层,所述封闭腔体适于填充液态金属,其中所述封闭腔体包括第一腔体和沿所述第一腔体周向分布的多个孔道,所述液态金属适于在所述第一腔体和所述孔道之间流动;

利用高压静电喷涂液态金属微纳米颗粒和高压静电纺丝高分子弹性体材料同时进行的方法,制得电极层;

将所述拉伸起电层与所述电极层组装在一起,制得可拉伸摩擦纳米发电机。

较佳地,所述将拉伸起电层的前驱体材料置于模具中进行固化处理,得到内部限定有封闭腔体的拉伸起电层包括:

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