[发明专利]一种石墨烯微褶皱摩擦纳米发电机的制备方法

说明书

本发明设计了一种石墨烯微褶皱摩擦纳米发电机的制备方法。包括了用于摩擦纳米发电机(TENGs)的形状记忆聚合物/石墨烯(rGO)微褶皱正极摩擦材料的制备方法。主要特征是在形状记忆聚合物基底上制备出的不同形貌rGO微褶皱作为正极摩擦材料，聚偏氟乙烯(PVDF)为负极摩擦材料，通过控制聚合物不同的回复比例，得到不同形貌rGO微褶皱，相较于普通平面结构的rGO，微褶皱结构增加了摩擦接触面积，有利于增加转移电子的数量，从而大幅提高了TENGs的输出性能，同时通过其独特的微褶皱结构与基底膜附着良好，不易损坏，延长了其使用寿命。

技术领域

本发明设计了一种石墨烯微褶皱摩擦纳米发电机的制备方法。包括了用于摩擦纳米发电机(TENGs)的形状记忆聚合物/石墨烯(rGO)微褶皱正极摩擦材料的制备方法。涉及微褶皱以及摩擦纳米发电机领域，具体涉及在生物降解形状记忆聚合物基底上制备出的不同形貌石墨烯(rGO)微褶皱作为正极摩擦材料，聚偏氟乙烯(PVDF)为负极摩擦材料，通过控制形状记忆聚合物不同的回复比例，得到不同形貌rGO微褶皱，从而提高TENG的输出电性能。

背景技术

微褶皱是由于两层粘合在一起的不同模量的膜之间因受一定刺激而产生了不同的形变量而形成的一种结构。因为两层膜之间的形变量不同，两者界面间就会产生应力，当应力值超过使膜屈曲的临界应力时，形变程度大的膜上就会产生褶皱结构。摩擦纳米发电机(TENGs)是基于摩擦起电效应和静电感应效应的耦合作用将机械能转换成电能的装置。当两种不同材料在外力驱动下互相接触时，接触表面会产生符号相反的静电荷。在外力作用下两个接触表面发生分离时，正负静电荷的分离会产生电势差，驱动电子通过外电路在两个电极之间流动。之前的研究中将石墨烯用于摩擦材料，输出的电信号并不强，本发明通过形状记忆聚合物将石墨烯做成微褶皱结构，再用于构建TENGs，大幅提高其输出电性能。

本发明要解决的问题

目前制备的石墨烯摩擦纳米发电机，rGO均为平面结构，在发电时不但摩擦面积较小，而且使用寿命相对较短。本发明提出生物降解形状记忆聚合物/rGO微褶皱整体作为正极摩擦材料，其微褶皱结构增加了与负极摩擦材料的接触面积，有利于增加转移电子的数量，从而增加rGO摩擦纳米发电机的输出性能。而且微褶皱结构是在生物降解形状记忆聚合物膜上形成的，通过其独特的结构与基底膜附着良好，不易损坏，延长了其使用寿命。

发明内容

本发明提出一种生物降解形状记忆聚合物/rGO微褶皱整体作为正极摩擦材料，用于TENGs的制备方法，其技术方案如下：

1.生物降解形状记忆聚合物/rGO微褶皱的制备

当温度处于形状记忆聚合物玻璃化温度以上时，将预拉伸的生物降解形状记忆聚合物/rGO膜两端夹在拉力机上，控制膜的不同回复形变量后，将温度降低至其玻璃化温度以下固定形变，制成不同形貌石墨烯微褶皱。回复形变量为10～300％。生物降解形状记忆聚合物包括形状记忆聚乳酸(SMPLA)、形状记忆聚己内酯(SMPCL)、形状记忆聚碳酸亚丙酯(SMPPC)。

2.rGO微褶皱用于构建TENGs

将生物降解形状记忆聚合物/rGO微褶皱作为摩擦材料正极，铝作为其电极，负极摩擦材料为PVDF，铝作为电极，分别在两电极上引出导线，以连接外部测试仪器，构建垂直接触-分离式rGO微褶皱摩擦纳米发电机。外部施加1～10N恒力，作用于纳米发电机，测试其输出电流、电压。

本发明的有益效果

本发明在创新性地将生物降解形状记忆聚合物/rGO微褶皱整体作为正极摩擦材料，相较于普通平面结构的rGO，微褶皱结构增加了摩擦接触面积，有利于增加转移电子的数量，从而大幅提高了TENGs的输出性能，同时通过其独特的微褶皱结构与基底膜附着良好，不易损坏，延长了其使用寿命。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明进行进一步的说明。

实施例1：