[發(fā)明專利]一種基于有機(jī)?無機(jī)復(fù)合材料的柔性納米發(fā)電機(jī)的制備方法

在審

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• 申請日: 2017-08-10
• 公開（公告）號: CN107611250A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁建寧;沈海龍;袁寧一
• 申請（專利權(quán)）人: 常州大學(xué)
• 主分類號: H01L41/113
• 分類號: H01L41/113;H01L41/18;H01L41/317;H01L41/37
• 代理公司: 常州市權(quán)航專利代理有限公司32280
• 代理人: 印蘇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料的柔性納米發(fā)電機(jī)的制備方法。

背景技術(shù)

自從2006年美國佐治亞理工學(xué)院王中林教授等人提出以ZnO納米線作為柔性納米發(fā)電機(jī)這一概念，闡釋了在生活穿戴設(shè)備、能源利用方面具有重大實(shí)用價值，研究人員開始關(guān)注具有壓電效應(yīng)的半導(dǎo)體材料如ZnO、ZnS等，但是半導(dǎo)體材料與金屬電極需要跨越肖特基勢壘才能達(dá)到良好的電荷存儲與釋放效果，因此，具有絕緣體特征且具有壓電性能的材料成為另一選擇，其中以鈮鎂酸鉛、鈦酸鋇體系最為典型，但是這些傳統(tǒng)的壓電材料被廣泛用于陶瓷方面，不利于用在柔性材料的商業(yè)化生產(chǎn)而且這類材料抗疲勞強(qiáng)度低，基于半導(dǎo)體材料和傳統(tǒng)壓電材料的種種限制，PVDF成為一種理想材料，PVDF的絕緣體特征與壓電性能很好解決了上述問題，并且PVDF于20世紀(jì)60年代就開始進(jìn)行商業(yè)化應(yīng)用，但是PVDF的壓電性能無法與傳統(tǒng)壓電材料相比，盡管有人已經(jīng)利用PVDF與鈮鎂酸鉛體系復(fù)合制備納米發(fā)電機(jī)，但是造成的污染嚴(yán)重，因此，發(fā)明一種具有優(yōu)異壓電性能、價格低廉、環(huán)保且具有商業(yè)價值的柔性納米發(fā)電機(jī)具有重要意義，發(fā)明的一種將有機(jī)材料與無機(jī)材料即聚偏氟乙烯與鈦酸鋇相結(jié)合的柔性納米發(fā)電機(jī)，不僅解決了電荷的存儲問題，而且在壓電性能發(fā)面也優(yōu)于純PVDF，同時無污染，此外該柔性納米發(fā)電機(jī)制備工藝簡單，很好解決了大規(guī)模生產(chǎn)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)中半導(dǎo)體材料電荷存儲與釋放、傳統(tǒng)無機(jī)壓電材料鈮鎂酸鉛、鈦酸鋇體系在柔性器件方面的應(yīng)用限制，以及有機(jī)鐵電材料聚偏氟乙烯中β晶型含量低導(dǎo)致其壓電性差等方面的柔性納米發(fā)電機(jī)技術(shù)問題，提供一種基于有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料的柔性納米發(fā)電機(jī)的制備方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種基于有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料的柔性納米發(fā)電機(jī)的制備方法，其包括步驟：

(1)壓電復(fù)合材料前驅(qū)體溶液的制備：將聚偏氟乙烯和鈦酸鋇溶于N,N-二甲基甲酰胺中，并且連續(xù)攪拌，制得混合溶液，然后將所述混合溶液置于真空箱中真空除氣泡，制得前驅(qū)體溶液；

(2)壓電復(fù)合薄膜的制備：用一次性滴管吸取所述前驅(qū)體溶液并且滴在玻璃片上，然后將所述玻璃片置于真空干燥箱中真空干燥，制得壓電復(fù)合薄膜；

(3)電極的制備：將所述壓電復(fù)合薄膜從所述玻璃片上取下，利用蒸發(fā)設(shè)備在所述壓電復(fù)合薄膜上蒸鍍銀電極；

(4)薄膜的極化：將蒸鍍有銀電極的壓電復(fù)合薄膜置于高電壓下進(jìn)行極化；

(5)引線的制備：利用導(dǎo)電膠將銅線引出。

作為本發(fā)明的一個優(yōu)選的實(shí)施例，步驟(1)中所述N,N-二甲基甲酰胺、聚偏氟乙烯與鈦酸鋇的質(zhì)量比為4.5：0.5：0.0405。

作為本發(fā)明的一個優(yōu)選的實(shí)施例，步驟(1)中所述攪拌的溫度為60-70℃，攪拌的時間為1-1.5小時，攪拌的轉(zhuǎn)速為600-700rpm。

作為本發(fā)明的一個優(yōu)選的實(shí)施例，步驟(1)中所述真空除氣泡的時間為1-1.5小時。

作為本發(fā)明的一個優(yōu)選的實(shí)施例，步驟(2)中所述一次性滴管規(guī)格為3mL，所述前驅(qū)體溶液的吸取量為1-2滴管，所述玻璃片的規(guī)格為2.5cm×2.5cm。

作為本發(fā)明的一個優(yōu)選的實(shí)施例，步驟(2)中所述真空干燥的時間為24-30小時。

作為本發(fā)明的一個優(yōu)選的實(shí)施例，步驟(2)中所述壓電復(fù)合薄膜的厚度為35-50μm。

作為本發(fā)明的一個優(yōu)選的實(shí)施例，步驟(3)中所述銀電極的厚度為1-1.5μm。

作為本發(fā)明的一個優(yōu)選的實(shí)施例，步驟(4)中所述高電壓中施加的電場強(qiáng)度為15MV/m，極化時間為40-90min小時。

作為本發(fā)明的一個優(yōu)選的實(shí)施例，步驟(5)中所述導(dǎo)電膠為導(dǎo)電銀漿，每次用量為0.08-0.12mL。

本發(fā)明的有益效果是：將商業(yè)化的聚偏氟乙烯薄膜與傳統(tǒng)的無機(jī)壓電材料鈦酸鋇相結(jié)合，制備了一種新型的柔性納米發(fā)電機(jī)，解決了半導(dǎo)體納米發(fā)電機(jī)中的缺陷以及以往聚偏氟乙烯與鈮鎂酸鉛復(fù)合的納米發(fā)電機(jī)的污染問題，而且還利用簡便的控溫技術(shù)提高了聚偏氟乙烯β晶型的含量，為提高聚偏氟乙烯β晶型的工藝提供一種有效方法，該柔性納米發(fā)電機(jī)不僅無污染、制備工藝簡單，材料來源簡單，而且能對電荷進(jìn)行快速有效地存儲與釋放，并且對壓力能有效感知，具有很高的實(shí)用價值。

附圖說明