[發(fā)明專利]一種透明柔性的壓電式納米發(fā)電機(jī)的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710154030.1
• 申請日: 2017-03-15
• 公開（公告）號: CN106876580B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡端俊;孫飛鵬;馬吉
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號: H01L41/37
• 分類號: H01L41/37;H01L41/47;H02N2/18
• 代理公司: 廈門南強(qiáng)之路專利事務(wù)所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應(yīng)森

一種透明柔性的壓電式納米發(fā)電機(jī)的制備方法，涉及納米發(fā)電機(jī)。提供靈活性強(qiáng)，可操作性簡單，容易集成耐磨材料，可用于衣服和鞋子，成功將身體的日常運(yùn)動的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，為智能服飾的開發(fā)和應(yīng)用提供前提條件的一種透明柔性的壓電式納米發(fā)電機(jī)的制備方法。在金屬襯底直接生長整齊的氧化鋅納米柱陣列，得ZnO/h?BN/金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)；在ZnO/h?BN/金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)上旋涂PDMS透明硅膠填充納米柱陣列，得彈性的氧化鋅納米柱陣列薄膜；去除金屬襯底，獲得埋藏氧化鋅納米柱陣列的透明PDMS薄膜結(jié)構(gòu)；在PDMS/ZnO薄膜結(jié)構(gòu)連帽壓印上金屬納米線網(wǎng)絡(luò)，退火得納米焊接網(wǎng)絡(luò)，做透明電極；連接上下電極至載體，即完發(fā)電機(jī)的制備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米發(fā)電機(jī)，尤其是涉及一種透明柔性的壓電式納米發(fā)電機(jī)的制備方法。

背景技術(shù)

微電子技術(shù)，無線電子技術(shù)的飛速發(fā)展以及各種微小型電子設(shè)備，微機(jī)電系統(tǒng)在工業(yè)、通訊以及家庭生活領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，極大地豐富和方便了人們的生活和工作。但在能量供給方面，依然采用傳統(tǒng)的供給方式，主要依靠化學(xué)電池。化學(xué)電池盡管因其方便的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用，但其實(shí)其自身有很大的局限性，如環(huán)境污染性、能源損耗性等。并且隨著科技的發(fā)展，一些傳統(tǒng)的供給方式已不能滿足現(xiàn)在的需要，因此人們迫切希望找到一種新型的供能方式，用以適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的變化，促進(jìn)電子信息相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

由于納米技術(shù)的蓬勃發(fā)展，基于納米技術(shù)的納米發(fā)電機(jī)取代傳統(tǒng)的供電設(shè)備作為未來的能量供給主力軍成為眾多學(xué)者研究的課題。納米發(fā)電機(jī)是一種將微小的物理變化引起的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，目前主要有三種類型：壓電式、摩擦電式和熱電式。其中以壓電式納米發(fā)電機(jī)最受學(xué)者關(guān)注。這種壓電式發(fā)電機(jī)能夠?qū)⑷梭w行走時自然產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，這種環(huán)保、便捷、持久性的優(yōu)點(diǎn)有望使個人電子設(shè)備——移動電話、音樂播放器，甚至小型的筆記本電腦所需要的能量全部來源于一個人日常的行動。而作為納米材料界的佼佼者——氧化鋅納米棒，氧化鋅是極性半導(dǎo)體，具有很強(qiáng)的壓電激化系數(shù)，并且由于其直寬禁帶和大的激勵結(jié)合能，也被公認(rèn)為制作納米壓電設(shè)備最重要的材料之一。氧化鋅納米材料通常以納米線和納米棒的形式存在。特別是近年來人們對垂直有序排列的氧化鋅納米棒陣列的制備和研究，使得氧化鋅納米材料除了應(yīng)用于紫外激光器、發(fā)光二極管、太陽能電池和LED，還可以應(yīng)用于壓電效應(yīng)的納米壓電機(jī)([1]D.Choi,M.Y.Choi,W.M.Choi,H.J.Shin,H.K.Park,J.S.Seo,J.Park,S.M.Yoon,S.J.Chae,Y.H.Lee,S.W.Kim,J.Y.Choi,S.Y.Lee,J.M.Kim.Fully Rollable Transparent Nanogenerators Based on GrapheneElectrodes[J].Advanced Materials,2010,22(19):2187；[2]J.O.Hwang,D.H.Lee,J.Y.Kim,T.H.Han,B.H.Kim,M.Park,K.No,S.O.Kim.Vertical ZnO nanowires/graphenehybrids for transparent and flexible field emission[J].Journal Of MaterialsChemistry,2011,21(10):3432-3437)。成功地在柔性的、導(dǎo)電的金屬襯底上生長了整齊的氧化鋅納米柱陣列，這就給進(jìn)一步的器件應(yīng)用提供了很好的結(jié)構(gòu)，可以將這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于納米發(fā)電設(shè)備。胡友凡和王中林最早提出了氧化鋅壓電效應(yīng)的應(yīng)用。他們基于壓電效應(yīng)提出了三明治結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。首先，通過水熱法在聚酯(PS)襯底的頂部和底部生長了密集的氧化鋅納米線；然后，一層在氧化鋅納米陣列表面涂一層薄薄的PMMA，使之絕緣；接著沉積一層鉻/金作為納米發(fā)電機(jī)的電極；最后用聚二甲基硅氧烷(PDMS)完全封裝提高機(jī)械穩(wěn)定性。因?yàn)檠趸\納米線垂直于PS襯底生長，納米線的底部通過氧化鋅種子層連接，他們的頂部也粘合形成一個膜。因此整體結(jié)構(gòu)可視為兩平行的氧化鋅薄膜之間填滿了氧化鋅納米線陣列而形成整體的一層有質(zhì)感的膜。壓電過程中，整個結(jié)構(gòu)被彎曲，上表面拉伸，下表面壓縮。但由于PS本身不導(dǎo)電，所以整個結(jié)構(gòu)制作工藝非常復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容