[發(fā)明專利]一種原位聚合表面修飾的纖維基摩擦納米發(fā)電機及其制備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810382039.2
• 申請日: 2018-04-25
• 公開（公告）號: CN108667339B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李召嶺;邱倩;朱苗苗;丁彬;俞建勇
• 申請（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04;D06M11/79;D06M15/256;B82Y30/00;B82Y40/00;D06M101/08;D06M101/30;D06M101/24;D06M101/28
• 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

1.一種原位聚合表面修飾的纖維基摩擦納米發(fā)電機的制備方法，所述的原位聚合表面修飾的纖維基摩擦納米發(fā)電機包括表面原位構(gòu)筑二氧化硅納米顆粒的摩擦電正性納米纖維膜，以及表面原位構(gòu)筑聚四氟乙烯納米顆粒的摩擦電負(fù)性納米纖維膜，其特征在于，所述的制備方法包括：

步驟一：選用至少一種摩擦電正性聚合物和至少一種摩擦電負(fù)性聚合物，溶于相應(yīng)的溶劑中，通過攪拌溶解，配制成均相穩(wěn)定的紡絲溶液；

步驟二：將前述的兩種聚合物紡絲溶液通過靜電紡絲技術(shù)制備得到摩擦電正性納米纖維膜和摩擦電負(fù)性納米纖維膜；

步驟三：分別合成電正性材料所需的苯并噁嗪和電負(fù)性材料所需的氟化苯并噁嗪；將苯并噁嗪和氟化苯并噁嗪分別溶于相應(yīng)的溶劑中，形成均一溶液，再將二氧化硅納米顆粒分散在得到的苯并噁嗪溶液中，聚四氟乙烯納米顆粒分散在得到的氟化苯并惡嗪溶液中，獲得分散均勻的反應(yīng)液；

步驟四：將摩擦電正性納米纖維膜在前述的含有二氧化硅納米顆粒的苯并噁嗪溶液中浸潤，將摩擦電負(fù)性納米纖維膜在前述的含有聚四氟乙烯納米顆粒的氟化苯并噁嗪溶液中浸潤，在高溫下進(jìn)行聚合反應(yīng)，得到表面原位構(gòu)筑二氧化硅納米顆粒的摩擦電正性納米纖維膜，以及表面原位構(gòu)筑聚四氟乙烯納米顆粒的摩擦電負(fù)性納米纖維膜；

步驟五：在摩擦電正性納米纖維膜和摩擦電負(fù)性納米纖維膜的背面復(fù)合一層導(dǎo)電材料，分別置于兩個硬質(zhì)基底上，將前述的硬質(zhì)基底通過彈性材料連接，在摩擦電正性納米纖維膜和摩擦電負(fù)性納米纖維膜間形成可垂直接觸分離的工作距離，得到原位聚合表面修飾的纖維基摩擦納米發(fā)電機。

2.如權(quán)利要求1所述的原位聚合表面修飾的纖維基摩擦納米發(fā)電機的制備方法，其特征在于，所述的表面原位構(gòu)筑二氧化硅納米顆粒的摩擦電正性納米纖維膜，以及表面原位構(gòu)筑聚四氟乙烯納米顆粒的摩擦電負(fù)性納米纖維膜的表面形成多級微納結(jié)構(gòu)。

3.如權(quán)利要求1所述的原位聚合表面修飾的纖維基摩擦納米發(fā)電機的制備方法，其特征在于，所述的表面原位構(gòu)筑二氧化硅納米顆粒的摩擦電正性納米纖維膜，以及表面原位構(gòu)筑聚四氟乙烯納米顆粒的摩擦電負(fù)性納米纖維膜的背面皆復(fù)合一層導(dǎo)電材料，作為摩擦納米發(fā)電機電壓和電流的輸出電極。

4.如權(quán)利要求1所述的原位聚合表面修飾的纖維基摩擦納米發(fā)電機的制備方法，其特征在于，所述的表面原位構(gòu)筑二氧化硅納米顆粒的摩擦電正性納米纖維膜，以及表面原位構(gòu)筑聚四氟乙烯納米顆粒的摩擦電負(fù)性納米纖維膜分別置于兩個硬質(zhì)基底材料上，前述的硬質(zhì)基底通過彈性材料連接，在摩擦電正性納米纖維膜和摩擦電負(fù)性納米纖維膜間形成可垂直接觸分離的5～20mm的工作距離。

5.如權(quán)利要求1所述的原位聚合表面修飾的纖維基摩擦納米發(fā)電機的制備方法，其特征在于，所述的步驟一中的摩擦電正性聚合物為：醋酸纖維素、聚乙烯醇、聚丙烯腈和間位芳綸中的一種或者多種；摩擦電負(fù)性聚合物為：聚醚砜、聚醚酰亞胺、聚偏氟乙烯和聚酰亞胺中的一種或者多種；摩擦電正性聚合物紡絲溶液的濃度為8～40％；摩擦電負(fù)性聚合物紡絲溶液的濃度為8～40％；聚合物溶液在25～80℃持續(xù)攪拌4～24h直至形成均相穩(wěn)定的紡絲液。

6.如權(quán)利要求1所述的原位聚合表面修飾的纖維基摩擦納米發(fā)電機的制備方法，其特征在于，前述的步驟二中的靜電紡絲工藝參數(shù)為：電壓15～50kV，灌注速度0.05～6mL/h，接收距離15～40cm，溫度5～35℃，相對濕度20～100％。

7.如權(quán)利要求1所述的原位聚合表面修飾的纖維基摩擦納米發(fā)電機的制備方法，其特征在于，前述的苯并噁嗪溶液的濃度為0.01～30％，氟化苯并噁嗪溶液的濃度為0.01～30％；前述步驟三中二氧化硅納米顆粒的粒徑為：7～40nm、100～1000nm、1000～2000nm中的一種；聚四氟乙烯納米顆粒的粒徑為：150nm、200nm、260nm、320nm中的一種；前述的二氧化硅納米顆粒的濃度為0.1～20％，聚四氟乙烯納米顆粒的濃度為0.1～20％；原位聚合的反應(yīng)條件為：浸潤時間0.5～60min，反應(yīng)溫度120℃～200℃，反應(yīng)時間1～8h，真空環(huán)境。

8.如權(quán)利要求1所述的原位聚合表面修飾的纖維基摩擦納米發(fā)電機的制備方法，其特征在于，前述步驟五中的電極材料為：金、銀、銅、鋁、鐵、銦錫氧化物、石墨烯、導(dǎo)電玻璃、碳纖維以及石墨中的一種或者多種；前述的步驟五中的基底材料為：聚甲基丙烯酸甲酯亞克力板、硅膠板、尼龍平板、玻璃平板以及石英平板中的一種或多種；前述的步驟五中的彈性材料為：彈簧、彈性海綿膠帶、聚酰亞胺膠帶中的一種或者多種。