[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

本發(fā)明提供了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，其特征在于，包括表面原位構(gòu)筑二氧化硅納米顆粒(SiO₂ NPs)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(PTFE NPs)的摩擦電負(fù)性納米纖維膜。經(jīng)過原位聚合表面修飾后的摩擦納米發(fā)電機表面電荷量有望提高10～300％，短路電流有望提高20～300％，開路電壓有望提高50～300％。本發(fā)明的摩擦納米發(fā)電機電輸出性能高、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、制備工藝短，隨著其性能的進(jìn)一步提升，該摩擦納米發(fā)電機在可穿戴電子領(lǐng)域的前景將更加廣泛。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米能源和摩擦納米發(fā)電機技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種原位聚合表面修飾的纖維基摩擦納米發(fā)電機及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著科技進(jìn)步和社會發(fā)展，蘋果手表、小米手環(huán)、谷歌眼鏡等新型智能可穿戴產(chǎn)品相繼進(jìn)入人們的視野。這些電子設(shè)備逐步朝微型化、便攜化等方向發(fā)展，對其能源供應(yīng)系統(tǒng)提出了更嚴(yán)格的要求。傳統(tǒng)的供能設(shè)備如鋰離子電池或可充電電池，存在體積大、硬質(zhì)、使用壽命有限、電解質(zhì)易污染環(huán)境等問題，難以滿足目前可穿戴產(chǎn)品的發(fā)展需求。因此開發(fā)能夠持續(xù)穩(wěn)定提供能源的微型供能系統(tǒng)，已成為目前微電子和可穿戴領(lǐng)域中亟待解決的問題。

摩擦納米發(fā)電機的出現(xiàn)，為電子設(shè)備的可持續(xù)工作提供了可能。人們周圍環(huán)境中存在各種形式的機械能，這些能量往往不能被很好的利用，而摩擦納米發(fā)電機可以將這些日常被忽略的機械能轉(zhuǎn)換為電能，其能量的轉(zhuǎn)換不受時間、地點、環(huán)境氣候的影響，且具有材料選擇范圍廣、體積小、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。因此，自摩擦納米發(fā)電機誕生以來，就受到了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。

目前，關(guān)于摩擦納米發(fā)電機的研究主要集中在對摩擦材料的微觀/宏觀結(jié)構(gòu)改性處理上，其中使用最多的是利用等離子體刻蝕、電化學(xué)腐蝕等技術(shù)手段，在接觸材料的表面形成納米線、納米陣列等微觀粗糙結(jié)構(gòu)，或采用冷壓后處理等在材料表面形成致密凹凸結(jié)構(gòu)，以提高接觸材料的表面電荷密度和摩擦納米發(fā)電機的輸出功率。在材料微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，國內(nèi)專利CN107612414A公開了一種利用感應(yīng)耦合等離子體方法對材料進(jìn)行刻蝕處理，獲得表面具有納米線微觀結(jié)構(gòu)的聚四氟乙烯膜。在材料表面修飾方面，國內(nèi)專利CN106301063A公開了采用納米壓印技術(shù)在高分子聚合物材料表面上進(jìn)行修飾，形成具有凹凸納米結(jié)構(gòu)的摩擦層，增大了粗糙度和接觸面積，實現(xiàn)了摩擦納米發(fā)電機的高輸出。然而這些技術(shù)手段大多存在工藝復(fù)雜、成本高、對材料損傷大等缺陷。因此開發(fā)一種簡單高效的處理工藝，獲得具有高粗糙結(jié)構(gòu)的摩擦材料，從而提升電輸出性能，將對高性能摩擦納米發(fā)電機的發(fā)展至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供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，通過原位聚合表面修飾技術(shù)在納米纖維表面構(gòu)筑多級粗糙結(jié)構(gòu)，提高摩擦材料的有效接觸面積，實現(xiàn)摩擦納米發(fā)電機的高能量輸出。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種原位聚合表面修飾的纖維基摩擦納米發(fā)電機，其特征在于，包括表面原位構(gòu)筑二氧化硅納米顆粒(SiO₂NPs)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(PTFE NPs)的摩擦電負(fù)性納米纖維膜。

優(yōu)選地，所述的表面原位構(gòu)筑二氧化硅納米顆粒(SiO₂NPs)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(PTFE NPs)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)。

優(yōu)選地，所述的表面原位構(gòu)筑二氧化硅納米顆粒(SiO₂NPs)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(PTFE NPs)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。