[發明專利]一種復合柔性納米發電機及其制備方法

有效

• 申請號: 201610027738.6
• 申請日: 2016-01-15
• 公開（公告）號: CN105529397B
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發明（設計）人: 羅文博;何愷;徐東;白曉園;帥垚;吳傳貴;張萬里
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L41/113
• 分類號: H01L41/113;H01L41/18;H01L41/193;H01L41/22
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 張楊

本發明屬功能材料及器件制造技術領域，具體涉及一種PMN?PT/PVDF復合柔性納米發電機。本發明通過采用成分位于準同型相界(MPB)的PMN?PT單晶納米線與高分子壓電材料PVDF為原料，調整PMN?PT單晶納米線與PVDF的配比，采用類似流延法的薄膜成型方法，制備PMN?PT/PVDF復合柔性納米發電機。本發明方法制備的柔性納米發電機可用于收集機械振動能量，為納米器件或納米系統提供能源，開發納米無源器件。同時，本發明PMN?PT/PVDF納米發電機制備工藝簡單，性能優越，原料造價低廉，生產成本低，應用范圍廣。

技術領域：

本發明涉及一種采用由單晶納米壓電材料和高分子壓電材料組成的復合壓電料制備柔性納米發電機的技術，其中單晶壓電材料是成分位于x(Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃)-1-x(PbTiO₃)(PMN-PT)準同型相界(x＝0.65)附近的單晶納米材料，高分子壓電材料是聚偏氟乙烯(PVDF)，屬功能材料及器件制造技術領域。

背景技術

智能可穿戴設備指的是將智能化的移動設備或者部分功能融合到傳統的可穿戴設備中，從而實現可穿戴設備的智能化。在目前的電子產品市場中，可穿戴設備已經成為一個新的熱點。隨著電子信息技術和市場需求的不斷發展，可穿戴式電子設備未來使用的使用規模將會越來越大，成為信息技術及其產品新的增長點。在消費電子領域，智能眼鏡、智能手表、智能手環等都得到了異常迅速的發展，并且占領了巨大的市場。目前，可穿戴設備面臨的最大難題就是續航時間不夠長，這一問題已經成為制約可穿戴式設備的技術瓶頸。由于可穿戴設備無法配備體積較大的供電系統，目前在可穿戴設備的設計中主要通過控制設備的整體功耗來實現可接受的續航時間，但是這種設計思路嚴重限制了系統的功能和性能。因此，對于可穿戴設備的能源系統研究需要進一步的改進和突破，而能源系統的輕量化和柔性化則是設備可穿戴的必然要求。

尋求可以把環境中的能量收集并轉化為電能的能源技術，使其能夠協助或替代電池為電子器件，無線感應系統，醫學植入物等設備提供能量，顯著提升其續航時間，增強是系統功能和性能，成為一個關鍵性的技術問題。在不同的能量收集技術中，光伏技術由于其高的能量密度和很大的實際意義受到過廣泛關注。但是光伏技術也有很大的缺陷如占用空間大，受到時間限制，并且其能量轉化率很低。熱電發電機可以通過溫度的變換產生能量，但是當溫度梯度很小時，產生的能量也非常少。除了太陽能與熱能，環境中最常見的能量就是機械能。機械能具有很多種存在形式，如聲音，流體流動，壓力變化，機械振動，肌肉運動等。使用壓電材料，電磁感應線圈，靜電電容器可以實現將機械能轉化為電能。與其他種類的能量轉換設備相比，壓電發電機具有構造簡單，并且易于小型化，性能穩定的優點，同時在應用環境中具有廣泛的振動能量來源。

發明內容

針對上述存在問題或不足，本發明提供了一種復合柔性納米發電機及其制備方法。

該復合柔性納米發電機的基本結構單元為平板電容結構，包括Au上下電極和壓電薄膜，Au上下電極分別與壓電薄膜的上下底面緊密接觸，形成頂電極與底電極；所述壓電薄膜為PMN-PT/PVDF-TrFE復合柔性壓電材料，Au上下電極用作壓電薄膜極化過程中使用的電極和發電機在實際使用過程中向外輸出電壓、電流的電極。

本發明采用成分比位于準同型相界MPB的PMN-PT單晶納米線與壓電高分子材料PVDF復合的高電壓輸出，適合納米無源器件研發的新型柔性納米發電機。

該復合柔性納米發電機的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、稱量原料配料：