[發(fā)明專利]一種基于壓電納米棒的直接書寫法制備壓電納米發(fā)電機的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610124626.2
• 申請日: 2016-03-04
• 公開（公告）號: CN105790635B
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發(fā)明（設計）人: 高萌;李立宏;宋延林
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司11275
• 代理人: 張水俤

技術領域

本發(fā)明屬于壓電納米發(fā)電機領域，特別涉及一種基于壓電納米棒的直接書寫法制備壓電納米發(fā)電機的方法。

背景技術

隨著能源危機的不斷加劇，從環(huán)境中的可持續(xù)資源中獲取能源成為能源發(fā)展的重要趨勢。納米發(fā)電機因其將隨處可見的機械能轉換為電能的獨特性質越來越受到研究人員的關注。

為獲得高性能的納米發(fā)電機，研究人員嘗試制備壓電層圖案化的壓電納米發(fā)電機。圖案化結構導致應力局域效應，有效的應變可以大幅度的提高壓電性能?，F(xiàn)有的方法多為模板輔助法，所用的模板如氧化鋅納米棒陣列、聚苯乙烯納米球陣列及光刻模板，該方法步驟復雜，耗時，昂貴。為提高壓電納米發(fā)電機的性能，研究人員還通過外延生長法、靜電紡絲等方法制備取向的納米棒陣列，但該方法只適用于有限的材料。

因而，開發(fā)一種適用于多種材料、制備方法簡單、快速、節(jié)約成本的高性能壓電納米發(fā)電機一直以來是研究的熱點之一。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于壓電納米棒的直接書寫法制備壓電納米發(fā)電機的方法。該方法可同時獲得圖案化及內部壓電納米棒取向的壓電層。其中圖案化可自行設計，取向是噴頭側壁對墨水的剪切應力造成的。本發(fā)明方法簡單，快速，節(jié)約成本，可大規(guī)模制備圖案化及內部壓電納米棒取向的壓電納米發(fā)電機，該發(fā)電機具有較高的輸出電壓。

本發(fā)明所述的基于壓電納米棒的直接書寫法制備壓電納米發(fā)電機的方法為：

(1)采用直接書寫打印機按照圖文信息將基于壓電納米棒的墨水直接書寫在下電極上；

(2)重復步驟(1)0-20次，固化，得到圖案化的壓電層；

(3)將粘附液涂覆在上電極上得到粘附層；將上電極的粘附層一面蓋于下電極的壓電層上，固化，極化，即得到基于壓電納米棒的直接書寫法制備的壓電納米發(fā)電機。

所述的上電極和下電極均為導電層覆蓋的柔性聚合物膜。

所述導電層的材料選自金屬、金屬氧化物、碳材料中的一種或幾種。

所述的金屬選自金、銀、銅。

所述的金屬氧化物選自氧化銦錫。

所述的碳材料選自石墨烯、碳納米管。

所述的柔性聚合物膜的材料選自聚對苯二甲酸乙二酯、聚酰亞胺、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯。

所述的基于壓電納米棒的墨水的配制方法為：將長度1-200μm的壓電納米棒，與質量比為1-100的可固化預聚體及其對應的固化劑混合均勻；墨水中壓電納米棒的質量分數(shù)為0-80％，且不為0。

所述的壓電納米棒選自鈮酸鉀納米棒、鈮酸鈉納米棒、鈮酸鉀鈉納米棒、氧化鋅納米棒、鈦酸鋇納米棒、鋯鈦酸鉛納米棒、氮化銦納米棒、氮化鎵納米棒。

上述步驟(1)中的直接書寫的方法為：將墨水注入墨盒內，將下電極固定在打印平臺上，墨水在10-150psi的空氣壓力下，以0.1-80mm s^-1的速度打印。

上述步驟(2)所述的圖案為一組平行線，相鄰兩條線的間距大于線條寬度。

上述步驟(2)的固化溫度為60-150℃，固化時間不少于10min。

上述步驟(3)的粘附液選自質量比為1-100的可固化預聚體及其對應的固化劑。

所述的可固化預聚體選自硅橡膠預聚體、聚氨酯預聚體、自交聯(lián)型聚丙烯酸酯預聚體、自交聯(lián)型環(huán)氧樹脂預聚體。

上述步驟(3)中固化溫度為60-150℃，固化時間不少于10min。

上述步驟(3)中極化溫度為20-150℃，極化電壓與壓電層的厚度的比例為10kV/cm-600kV/cm，極化時間不少于2h。

本發(fā)明創(chuàng)新的采用了直接書寫這一簡單、快捷、便宜的方法同時獲得圖案化及壓電納米棒取向兩種特征，該方法增大了壓電納米發(fā)電機的輸出電壓，從而有效地提高了其性能。

附圖說明

圖1本發(fā)明的基于壓電納米棒的直接書寫法制備壓電納米發(fā)電機的方法示意圖。

圖2實施例1中步驟(3)得到的圖案為一組平行線的壓電層的顯微鏡圖。

圖3實施例1中步驟(3)得到的壓電層中壓電納米棒取向的電子顯微鏡圖。

圖4實施例1制得的壓電納米發(fā)電機的實物圖。

圖5實施例1制得的壓電納米發(fā)動機的輸出電壓圖。

具體實施方式

以下結合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。

實施例1：

(1)利用真空沉積法制備金覆蓋的聚對苯二甲酸乙二酯膜作為下電極，金覆蓋的聚酰亞胺膜作為上電極，上下電極的面積均為4cm*2cm；