[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

说明书

本发明为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，首先在聚酰亚胺薄膜上激光刻蚀得到激光诱导石墨烯电极，在激光诱导石墨烯电极上刮涂混合硅橡胶溶液，加热固化后得到复合硅橡胶基底；接着，在预拉伸状态下在激光诱导石墨烯电极上喷涂银纳米线，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；最后，将负摩擦电层薄膜作为负摩擦电层粘贴至Ag NWs/LIG复合电极上，即得到摩擦纳米发电机。Ag NWs/LIG复合电极具有良好的拉伸稳定性，克服了激光诱导石墨烯电极转印到复合硅橡胶基底上，电极方电阻值变大的缺陷，还缓解了激光诱导石墨烯电极在拉伸变形下的电性能恶化。

技术领域

本发明属于摩擦纳米发电机制备技术领域，具体涉及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。

背景技术

随着物联网和人工智能的快速发展，极大地推动了智能可穿戴电子设备的发展。为了更好地实现人体运动传感和健康监控等功能，可穿戴电子设备对于柔性要求较高，故对于电源柔性要求也较高。

摩擦纳米发电机(TENG)被广泛应用于可穿戴电子设备，TENG作为一种新型的能量收集器已经成为纳米技术领域的研究热点，它主要利用摩擦起电效应与静电感应效应耦合，能有效地将外界环境和人体产生的机械能转化为电能。TENG因其具有广泛的材料来源、简单快速的制造工艺、灵活性和通用性等特点而从电源中脱颖而出。尽管已经有很多研究报道了TENG具有超高的可拉伸性，但大多数可拉伸的TENG都具有功率密度低，制造工艺复杂，拉伸后电输出性能不稳定的缺点。

公开号为CN109889081A的中国专利公开了“一种单电极模式的可拉伸摩擦纳米发电机及其制备方法”，该方法利用钢丝电极的螺旋结构使得TENG具有了良好的拉伸性，但是由于钢丝电极的柔性较差，因此该发电机在拉伸过程中输出性能的稳定性较差。公开号为CN112260573A的专利申请公开了“一种可拉伸摩擦纳米发电机及其制备方法”，采用液态金属作为导电电极，使得TENG具有了较好的柔性。然而，该方法采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备电极层，其制作过程较为复杂且成本高，不利于大规模生产，限制了其发展应用。

综上，设计一种低成本、大规模生产、可拉伸性能佳、高功率密度和实用性相结合的TENG对于可穿戴电子设备的发展具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供了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。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案如下：

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；