[发明专利]一种具有增强摩擦电输出的脂肪酸/SEBS可拉伸复合膜、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种具有增强摩擦电输出的脂肪酸/SEBS可拉伸复合膜、其制备方法及应用，该可拉伸复合膜包含脂肪酸、SEBS两种材料，通过操作简单、易于大规模工业化生产的溶液刮涂工艺制备。其中，与构成SEBS的功能基团相比，脂肪酸中的COOH基团具有较高的电负性；脂肪酸的引入可以改变SEBS薄膜的摩擦电极性和电荷保持能力，从而大大提高摩擦纳米发电机的输出性能。与基于纯SEBS可拉伸膜摩擦电对的摩擦纳米发电机相比，本发明开发的基于脂肪酸/SEBS可拉伸复合膜摩擦电对的摩擦纳米发电机的输出性能最高可达其3.28倍。此外，本发明开发的脂肪酸/SEBS可拉伸复合膜还具有优异的柔性、拉伸回复性、透明性。

技术领域

本发明涉及摩擦纳米发电技术领域，具体涉及一种具有增强摩擦电输出的脂肪酸/SEBS可拉伸复合膜、其制备方法及应用。

背景技术

随着物联网(IoT)技术的高速发展，基于摩擦起电和静电感应耦合效应的摩擦纳米发电机逐渐展现出在收集随机、低频环境机械能为分布式传感器件供电方面的潜在应用。然而，作为能量收集器的能够直接将环境机械能转化为电能的摩擦纳米发电机，其实际应用在很大程度上取决于其自身的输出性能；因此从扩展其实际应用领域的角度来看，有必要进一步提高摩擦纳米发电机的输出性能。

相关研究工作(如Nano Energy 39 (2017) 673-683，Nano Energy 75 (2020)104894，Adv. Funct. Mater. 30 (2020) 2004714, Nano Energy 86 (2021) 106128，Nano Energy 69 (2020) 104435)表明：通过扩大组成摩擦纳米发电机的摩擦电对之间摩擦电极性的差异，能够有效地提高摩擦纳米发电机的输出性能。另外，专利CN 109135288 B公开了一种用于提高摩擦纳米发电机性能的PDMS-PTFE透明薄膜及其制备方法，通过改性提高了PDMS膜表面的摩擦电荷转移，进而提高了纳米发电机摩擦层的输出性能。专利CN112063184 B公布了一种提升蛋白膜摩擦发电性能的方法，通过改变蛋白质结构来改善其作为摩擦纳米发电机给电子层的性能，进而提高蛋白膜的摩擦电输出性能。这也进一步证实了增加摩擦电材料的极性能够进一步提高摩擦纳米发电机的输出性能。

在摩擦纳米发电机的实际应用中，除输出性能以外，柔性、可拉伸性、透明性也是其应用中的关键因素。SEBS作为热塑性弹性体的一种，具有优异的柔性和拉伸回复性。然而，由于其摩擦电性能较差，迄今为止，将SEBS作为摩擦电材料的摩擦纳米发电机鲜有报道。

发明内容

本发明所要解决的关键技术问题是提供一种具有增强摩擦电输出的和优异的柔性、拉伸回复性以及透明性的脂肪酸/SEBS可拉伸复合膜。通过操作简单、易于大规模工业化生产的溶液刮涂工艺将脂肪酸引入到热塑性弹性体SEBS基质中，改变SEBS薄膜的摩擦电极性和电荷保持能力，改善其作为摩擦纳米发电机吸电子层的性能，提高其作为摩擦电材料的输出性能。

基于上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种具有增强摩擦电输出的脂肪酸/SEBS可拉伸复合膜的制备方法，制备过程包括以下步骤：

（1）将SEBS溶于溶剂甲苯中，SEBS占SEBS和甲苯总重的15 wt.%~30 wt.%；之后向上述溶液中加入不同质量的脂肪酸，混合均匀后即得到制备复合膜的铸膜液；其中，脂肪酸的含量为膜基材SEBS质量的0.5 wt.%~3.0 wt.%；

（2）采用刮膜棒在玻璃基板上刮涂制膜，室温干燥后，即得相应的脂肪酸/SEBS可拉伸复合膜。

进一步地，所述脂肪酸包括但不局限于正辛酸、正癸酸、月桂酸、油酸、软脂酸、硬脂酸；其中，脂肪酸在复合膜中的占比为膜基材SEBS质量的0.5 wt.%~3.0 wt.%。

进一步地，所述SEBS为购置于美国科腾公司的牌号为G1650的氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物。