[发明专利]一种多响应聚电解质自发电复合膜及其制备方法

说明书

本发明属于功能材料技术领域，具体而言，涉及一种多响应聚电解质自发电复合膜及其制备方法。聚电解质自发电复合膜由聚合物材料和吸光材料组成，聚合物中带电的水合氢离子在离子浓度差的驱动下会定向扩散而产生电能，同时，吸光材料产生丰富的光生载流子，进一步提升产电性能。将一对电极和多响应聚电解质自发电复合膜通过叠层组装得到发电机。制备所需的原材料合成技术成熟，可以大批量生产，从而有效提高制备的实用性、经济性和效率，简单易实现。由于单个发电机优异的机械柔性和可裁切的特性，发电机单元可以集成实现便携可穿戴发电体系。在自然环境中，集成光、湿气纳米发电机可以适用多种室内外真实场景，实现为小型商业用电器供电功能。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体而言，涉及一种多响应聚电解质自发电复合膜及其制备方法。

背景技术

在自然界的生态系统，大部分植物的生命活动由环境中的水和阳光共同维持。根毛从土壤吸收水分和光合作用产生有机物两个过程协同作用，植物才能健康生长。

现阶段的研究表明，与植物的生命活动类似，聚电解质中含氧官能团可以高效吸附水分子，并解离出可迁移离子，而吸光材料在光激发下产生光生载流子，改善载流子的有效传输，从而改变材料的电学特性，如离子电导。所以，复合聚电解质膜对湿气和阳光具有极佳的同步响应能力。但目前，关于多响应聚电解质自发电复合膜的研究还处于空白阶段。

发明内容

本发明的目的是提出一种多响应聚电解质自发电复合膜，基于已有研究，聚电解质中含氧官能团可以高效吸附水分子，并解离出可迁移离子，而吸光材料在光激发下产生光生载流子，改善载流子的有效传输，从而改变材料的离子电导，本发明利用多响应聚电解质自发电复合膜的这一特性，制备光、湿气纳米发电机。

本发明实施例的第一方面，提出一种多响应聚电解质自发电复合膜，该多响应聚电解质自发电复合膜由聚合物材料和吸光材料组成，吸光材料均匀分布在聚合物材料中；所述聚合物材料与吸光材料的质量比为402～100:1。

可选地，所述聚合物材料为聚苯乙烯磺酸、聚丙烯酸或羟乙基纤维素。

可选地，所述吸光材料为孟加拉红、锌原卟啉或四苯基卟啉四磺酸。

本发明实施例的第二方面，提出一种多响应聚电解质自发电复合膜的制备方法，包括：

将聚合物材料水溶液与吸光材料混合，聚合物材料水溶液与吸光材料质量比为1340～335:1，搅拌10分钟，得到混合液；

将所述混合溶液在相对湿度45％、温度37℃的环境中进行晾膜和干燥，时间为4～10小时，得到多响应聚电解质自发电复合膜，使多响应聚电解质自发电复合膜厚度为0.3～0.7毫米。

可选地，所述聚合物材料水溶液的质量百分比浓度为30％。

本发明实施例制备的多响应聚电解质自发电复合膜，由聚合物材料和吸光材料组成，吸光材料均匀分布在聚合物基质中。聚合物中带电的水合氢离子在离子浓度差的驱动下会定向扩散而产生电能，同时，吸光材料产生丰富的光生载流子，进一步提升产电性能。

本发明实施例的第三方面，提出纳米发电机，包括一个或多个亚结构，所述亚结构为依次层叠设置的上电极、发电层和下电极；所述发电层为权利要求1制备的多响应聚电解质自发电复合膜；在组装亚结构前，在发电层和下电极之间的下电极表面上旋涂协助传输层聚3,4-乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐。

可选地，所述上电极或下电极的材料为金、银或碳纸。

可选地，所述下电极表面上旋涂协助传输层的旋涂设置：1000转/秒旋6秒，随后1200～2000转/秒旋30秒，得到协助传输层的厚度为50～100nm。

可选地，所述多个亚结构之间互相串并联。