[發明專利]一種透氣高彈型單電極摩擦納米發電機及其制備方法

在審

• 申請號: 201710558627.2
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107498939A
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 李召嶺;沈家力;丁彬;俞建勇
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: B32B9/00
• 分類號: B32B9/00;B32B9/04;B32B27/08;B32B27/12;B32B27/32;B32B27/40;D01F1/09;D01F1/10;D01F6/94
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 翁若瑩,王婧

本發明涉及一種透氣高彈型單電極摩擦納米發電機及其制備方法。所述的透氣高彈型單電極摩擦納米發電機包含由上至下依次設置的高彈納米纖維膜、導電納米纖維膜、高彈納米纖維膜、導電納米纖維膜和高彈納米纖維膜。本發明涉及的單電極摩擦納米發電機，上下表面富含微納米結構，能夠高效收集人體機械能為可穿戴電子產品提供綠色能源。此外獨特的高彈、透氣特征滿足人體穿戴舒適性要求，因此在可穿戴和微納電子領域有著廣泛應用前景。

技術領域

本發明屬于微納能源和摩擦納米發電機技術領域，具體涉及一種透氣高彈型單電極摩擦納米發電機的制備方法。

背景技術

隨著微納電子技術領域的飛速發展，種類豐富的可穿戴電子設備逐漸進入人們的日常生活。傳統的電磁發電機和電池由于其硬質、不透氣以及體積大的特性，使其難以適用于可穿戴能源領域。為滿足人們對可穿戴電子設備長時間不間斷能源供給的需求，目前國內外研究團隊越來越關注于開發新型可穿戴能源器件。

人類在日常活動中會源源不斷的產生各種機械能，但是由于其難以收集利用而往往被忽視。摩擦納米發電機自誕生以來，由于其較高的能量轉化效率以及簡單的結構等優點，可高效將人體機械能轉化為電能，在可穿戴電子領域引起了廣泛關注。

為了提高摩擦發電機的電輸出性能，往往會在摩擦層表面進行微納米結構修飾，以增加摩擦材料的粗糙度和接觸面積。目前常用的方法包括等離子體刻蝕、電化學腐蝕等技術手段處理薄膜材料，設備昂貴、工藝復雜。國內專利CN103337985A公開了一種基于橫向摩擦的單表面摩擦發電機，通過等離子刻蝕增加摩擦層的粗糙度，有效提升發電機的電輸出性能。

此外，在滿足高效收集人體機械能的同時，為實現摩擦納米發電機與服裝有機復合，實現穿著的舒適性，要求摩擦納米發電機兼具透氣、彈性以及柔性等特征。目前國內專利CN106301063A公開了一種雙面可穿戴的摩擦納米發電機制備方法，可收集人體不同方向的機械能。國內專利CN106601329A公開了一種柔性納米摩擦發電機的制備方法。但是目前尚未有一種摩擦發電機，兼具高效機械能收集性能的同時，能夠滿足人體穿戴舒適性的要求。

發明內容

本發明的目的是提供一種透氣高彈型單電極摩擦納米發電機及其制備方法，以解決摩擦納米發電機在高效收集人體機械能的同時，滿足穿戴舒適性要求。

為了達到上述目的，本發明提供了一種透氣高彈型單電極摩擦納米發電機，其特征在于，包含由上至下依次設置的高彈納米纖維膜、導電納米纖維膜、高彈納米纖維膜、導電納米纖維膜和高彈納米纖維膜。

優選地，所述的高彈納米纖維膜的拉伸彈性伸長率為50～300％，拉伸彈性回復率為80～100％。

本發明還提供了上述的透氣高彈型單電極摩擦納米發電機的制備方法，其特征在于，包括：

第一步：將聚合物和納米顆粒加入到相應溶劑中，通過攪拌超聲形成均一穩定溶液；將得到的聚合物溶液進行靜電紡絲，制備得到三張高彈納米纖維膜；

第二步：將聚合物溶解于相應溶劑形成均一穩定溶液，將得到的聚合物溶液進行靜電紡絲，制備得到兩張納米纖維膜；隨后將碳類導電材料分散在液體中形成均勻穩定分散液，采用該分散液加工處理所述的兩張納米纖維膜，烘干，使其轉變成導電納米纖維膜；

第三步，將第一步得到的三張高彈納米纖維膜和第二步得到的兩張導電納米纖維膜依次間隔層疊，形成五層納米纖維膜復合物，納米纖維膜由上至下疊放順序為：第一層高彈納米纖維膜，第二層導電納米纖維膜，第三層高彈納米纖維膜，第四層導電納米纖維膜，第五層高彈納米纖維膜；并采用一定封裝技術制備得到透氣高彈型單電極摩擦納米發電機。