[发明专利]基于三维多层膜结构复合电极的摩擦纳米发电机制备方法

权利要求书

1.一种基于三维多层膜结构复合电极的摩擦纳米发电机制备方法，该方法制备的摩擦纳米发电机由上至下依次为正摩擦电层、负摩擦电层、Ag NWs/LIG复合电极和复合硅橡胶基底；其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)对聚酰亚胺薄膜进行激光刻蚀，得到激光诱导石墨烯电极；

2)按照体积比10：1混合聚二甲基硅氧烷基础溶液与固化剂并进行磁力搅拌，配制聚二甲基硅氧烷溶液；按照体积比1：1混合A溶液与B溶液并进行磁力搅拌，配制Ecolflex溶液；按照体积比1:1混合聚二甲基硅氧烷溶液与Ecolflex溶液并进行磁力搅拌，得到混合硅橡胶溶液，对混合硅橡胶溶液抽真空去除气泡；其中，Ecolflex溶液为芳香族无规共聚酯溶液；

3)将去除气泡的混合硅橡胶溶液均匀刮涂到聚酰亚胺薄膜的激光诱导石墨烯电极上，然后在真空干燥箱中先进行真空处理，再进行干燥，固化得到复合硅橡胶基底，此时激光诱导石墨烯电极被转印至复合硅橡胶基底上；

4)将复合硅橡胶基底进行预拉伸，在预拉伸状态下在激光诱导石墨烯电极上均匀喷涂银纳米线溶液，在激光诱导石墨烯电极上形成银纳米线薄膜，进而在复合硅橡胶基底上形成呈三维多层膜结构的Ag NWs/LIG复合电极，然后卸除预拉伸力；

5)在玻璃板上均匀旋涂制备负摩擦电层的溶液，加热固化得到负摩擦电层薄膜；将负摩擦电层薄膜从玻璃板上取下，并粘贴至Ag NWs/LIG复合电极上；

6)将剪裁好的织物放入无水乙醇溶液中超声处理，超声处理后对织物烘干；将烘干后的织物作为正摩擦电层，与负摩擦电层正对放置；

步骤5)中，负摩擦电层薄膜为纯PDMS薄膜、PDMS/Ecoflex薄膜或MXene/硅橡胶复合薄膜，当MXene/硅橡胶复合薄膜作为负摩擦电层时，摩擦纳米发电机的输出性能最佳。

2.根据权利要求1所述的基于三维多层膜结构复合电极的摩擦纳米发电机制备方法，其特征在于，步骤1)中，刻蚀功率为6.5～7.1w，刻蚀速度为348～372mm/s，密度为250～750PPI，刻蚀光栅与聚酰亚胺薄膜的垂直距离为1.1～1.3mm。

3.根据权利要求1所述的基于三维多层膜结构复合电极的摩擦纳米发电机制备方法，其特征在于，步骤5)中，将2ml制备负摩擦电层的溶液旋涂在4×4cm的玻璃板上，旋涂转速为250rpm，时间60s；旋涂完毕后，在90℃温度下加热1h，固化得到负摩擦电层薄膜。

4.根据权利要求1所述的基于三维多层膜结构复合电极的摩擦纳米发电机制备方法，其特征在于，步骤5)中，制备MXene/硅橡胶复合薄膜的过程为：

将混合硅橡胶溶液和MXene溶液按照体积比4:1混合并进行磁力搅拌，得到MXene/硅橡胶混合溶液；将MXene/硅橡胶混合溶液均匀旋涂在玻璃板上，加热固化得到MXene/硅橡胶复合薄膜；MXene溶液的浓度为5mg/ml，磁力搅拌的转速和时间分别为1300rpm、30min。

5.根据权利要求1所述的基于三维多层膜结构复合电极的摩擦纳米发电机制备方法，其特征在于，步骤6)中，织物为哔叽、灯芯绒、锦缎涤纶布、涤纶帆布、棉麻、尼龙织物、仿真丝或羊毛面料其中一种；将尼龙织物作为正摩擦电层时，摩擦纳米发电机的开路电压最大。

6.根据权利要求1所述的基于三维多层膜结构复合电极的摩擦纳米发电机制备方法，其特征在于，步骤2)中，磁力搅拌的转速均为2000r/min，时长均为2min。

7.根据权利要求1所述的基于三维多层膜结构复合电极的摩擦纳米发电机制备方法，其特征在于，步骤4)中，银纳米线溶液的浓度为5mg/ml，溶剂为无水乙醇，喷涂体积为0.2ml。

8.根据权利要求1所述的基于三维多层膜结构复合电极的摩擦纳米发电机制备方法，其特征在于，步骤5)中，负摩擦电层薄膜的厚度为1.5～2.5mm。