[發明專利]一種基于摩擦起電的能量收集涂層材料及其應用

有效

• 申請號: 201710225554.5
• 申請日: 2017-04-07
• 公開（公告）號: CN107022296B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 王道愛;鄭有斌;周峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C09D175/14
• 分類號: C09D175/14;C09D5/16;C09D4/02;H02N1/04
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 周瑞華

本發明公開了一種基于摩擦起電的能量收集涂層材料，該涂層材料是由以下質量百分比的組分組成：含氟丙烯酸聚氨酯預聚物20~90%、聚氨酯丙烯酸酯預聚物0.01~70%、甲基丙烯酸酯類單體或預聚物0.01~50%、光引發劑2%~5%、助劑0.1%~3%；含氟丙烯酸聚氨酯預聚物通過以下方法制備得到：將全氟醇和含羥基丙烯酸酯溶于除水甲苯或二甲苯中，在40~70°C加入含有阻聚劑的二異氰酸酯，然后加入催化劑反應3~4小時；聚氨酯丙烯酸酯預聚物通過以下方法制備得到：將全氟醇溶于除水甲苯或二甲苯中，在40~70°C加入含有阻聚劑的異氰酸酯丙烯酸乙酯或甲基丙烯酸異氰基乙酯，然后加入催化劑反應3~5小時。本發明所述能量收集涂層材料噴涂、刷涂或者旋涂在導電材料表面即得能量收集器件。

技術領域

本發明屬于新能源材料領域，涉及一種基于摩擦起電的能量收集涂層材料及其應用。

背景技術

隨著不可再生能源的日益枯竭，能源問題已成為影響和制約社會發展的重要因素。開發利用各種可再生的清潔能源，實現能源的可持續發展，是解決能源問題的重要途徑。除了水力、風能、生物質能、太陽能等常見形式的可再生能源，在自然界中還蘊藏著豐富的摩擦能源。摩擦起電是一種很常見的物理現象，生活中無時無刻不存在著摩擦，其中所蘊含的能量十分可觀。如果能夠將這些豐富的摩擦能收集利用，不僅能夠極大的緩解能源壓力，而且可以產生巨大的經濟效益。

摩擦能源的存在形式多種多樣，其能量分布也較為分散，因此很難將其收集起來并加以利用。研究證明利用摩擦起電和靜電感應原理制作的摩擦發電機能夠有效收集摩擦能。中國專利CN104052327A、CN202818150U、CN205051599 U、CN203445807U等通過不同的結構設計實現了多種形式摩擦能的收集，其所使用的摩擦材料都是生活中常見的聚合物。這些材料雖然廉價易得，但由于都是成品薄膜，無論是材料改性還是不規則表面大面積施工，都會受到很大的限制，不利于其大規模應用。同時，這些專利中所用材料的表面均有納米結構，制備成本高，在實際使用過程中易磨損，并且環境中的灰塵顆粒容易嵌入納米結構中，影響其發電效率。因此，為了滿足實際應用的需求，可大面積施工的涂層類摩擦層材料的研發勢在必行。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于摩擦起電的能量收集涂層材料及其應用。

本發明所述涂層材料可以進行大規模涂裝，工藝簡單，并且可用于不規則表面施工。此涂層材料能夠直接噴涂或刷涂在電極表面，作為摩擦層材料而構建基于摩擦起電的能量收集器件，用于收集環境中的摩擦能。

一種基于摩擦起電的能量收集涂層材料，其特征在于該涂層材料是由以下質量百分比的組分組成：含氟丙烯酸聚氨酯預聚物 20~90%、聚氨酯丙烯酸酯預聚物 0.01~70%、甲基丙烯酸酯類單體或預聚物 0.01~50%、光引發劑2%~5%、助劑0.1%~3%；所述含氟丙烯酸聚氨酯預聚物通過以下方法制備得到：將全氟醇和含羥基丙烯酸酯溶于除水甲苯或二甲苯中，在40~70°C加入含有阻聚劑的二異氰酸酯，然后加入催化劑反應3~4小時；所述聚氨酯丙烯酸酯預聚物通過以下方法制備得到：將全氟醇溶于除水甲苯或二甲苯中，在40~70°C加入含有阻聚劑的異氰酸酯丙烯酸乙酯或甲基丙烯酸異氰基乙酯，然后加入催化劑反應3~5小時。

所述含氟丙烯酸聚氨酯預聚物的制備方法中，二異氰酸酯中異氰酸酯基總量與全氟醇和含羥基丙烯酸酯中所含羥基總量的摩爾比為1: 1~1.1；所述阻聚劑為2,6-二叔丁基對甲酚，其用量為二異氰酸酯質量的0.1% ~ 0.2%；所述催化劑為二月桂酸二丁基錫或辛酸亞錫，用量為二異氰酸酯、全氟醇和含羥基丙烯酸酯質量之和的0.05%~0.1%。

所述二異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯、二苯甲烷二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯中的一種或幾種的混合物。

所述含羥基丙烯酸酯為甲基丙烯酸-β-羥乙酯、甲基丙烯酸-β-羥丙酯、丙烯酸-β-羥乙酯、丙烯酸-β-羥丙酯中的一種或幾種的混合物。