[發(fā)明專(zhuān)利]摩擦納米發(fā)電機(jī)摩擦層材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811535470.2
• 申請(qǐng)日: 2018-12-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111327223B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李偉;陳民芳;趙云;翟永梅
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02N1/04
• 分類(lèi)號(hào): H02N1/04;C08L1/28;C08L77/06;C08L67/04
• 代理公司: 天津創(chuàng)智天誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12214
• 代理人: 李蕊

本發(fā)明公開(kāi)了一種摩擦納米發(fā)電機(jī)摩擦層材料及其制備方法和應(yīng)用，制備方法包括以下步驟：將摩擦層A和摩擦層B進(jìn)行激光蝕刻，以使摩擦層A底面的粗糙度達(dá)到30～90％，摩擦層B頂面的粗糙度達(dá)到30～90％，對(duì)摩擦層A底面和摩擦層B頂面分別進(jìn)行等離子處理，等離子處理的時(shí)間為1～120min，等離子處理的電壓為5～15KV，等離子處理的電流為0.5～0.6A；本發(fā)明提出了一種摩擦納米發(fā)電機(jī)摩擦層材料的制備方法，該制備方法成本低且操作簡(jiǎn)單。本發(fā)明制備方法對(duì)易得電子高分子材料和易失電子高分子材料的選取范圍廣且所得摩擦納米發(fā)電機(jī)摩擦層材料的得/失電子性能高，進(jìn)而提高摩擦納米發(fā)電機(jī)電輸出性能50％?500％，拓展應(yīng)用領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米發(fā)電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)涉及一種摩擦納米發(fā)電機(jī)摩擦層材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來(lái)，能源需求量越來(lái)越大，傳統(tǒng)非可再生能源消耗量越來(lái)越大，隨之而來(lái)的能源危機(jī)與環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，逐漸引起世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。探尋綠色，可持續(xù)能源逐漸成為各國(guó)研究學(xué)者的研究熱點(diǎn)，而由摩擦納米發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)的自驅(qū)動(dòng)器件逐漸成為世界范圍內(nèi)公認(rèn)的創(chuàng)新性研究，在生物醫(yī)學(xué)，能源，電子通信等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。

相關(guān)研究表明，摩擦納米發(fā)電機(jī)的電輸出性能、服役環(huán)境及服役時(shí)間等是決定其具有良好可應(yīng)用性的必要條件，而摩擦層材料是影響其具有上述性能的關(guān)鍵材料。摩擦層材料相互摩擦?xí)r按得/失電子的難易排序，構(gòu)成摩擦序列表(上部是易失電子材料，下部是易得電子材料)，表中不同種類(lèi)材料距離越遠(yuǎn)，相互摩擦?xí)r摩擦層表面摩擦電荷量越大，摩擦納米發(fā)電機(jī)的電輸出性能越高。但在某些具體領(lǐng)域，由于受到摩擦層材料種類(lèi)的限制，摩擦納米發(fā)電機(jī)電輸出性能及應(yīng)用均有一定局限性。如在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，生物相容性材料或可降解材料較少，植入體內(nèi)時(shí)，摩擦納米發(fā)電機(jī)性能提高有限等問(wèn)題。再比如在超疏水領(lǐng)域，同樣受超疏水材料限制及性能影響，在潮濕環(huán)境中應(yīng)用時(shí)存在電輸出性能下降等。另外，已有相關(guān)報(bào)道證實(shí)，摩擦層材料增大表面的粗糙度及外加荷電量等，同樣可以提高其電輸出性能，但傳統(tǒng)報(bào)道中采用光刻，高壓極化等方法不僅成本高，操作復(fù)雜，而且存在一定的危險(xiǎn)性。因此，如何選擇低成本且操作簡(jiǎn)單方法，增加摩擦層材料種類(lèi)，增加表面荷電量，最終提高摩擦納米發(fā)電機(jī)的電輸出性能，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，是一個(gè)丞待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種摩擦納米發(fā)電機(jī)摩擦層材料的制備方法，該制備方法通過(guò)按不同比例設(shè)計(jì)復(fù)合材料作為摩擦層，調(diào)控其表面分子結(jié)構(gòu)，增加摩擦層材料選擇種類(lèi)及提高摩擦材料得失電子難以程度，同時(shí)通過(guò)表面粗糙度，等離子處理等增加其表面荷電，最終提高摩擦納米發(fā)電機(jī)的電輸出性能。本發(fā)明為增加摩擦層材料種類(lèi)選擇范圍、增大摩擦材料間的摩擦程度、提高摩擦納米發(fā)電機(jī)的電輸出性能提供了可能。同時(shí)，本發(fā)明可以通過(guò)調(diào)控摩擦層材料的綜合性能，拓展摩擦納米發(fā)電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域等。

本發(fā)明的另一目的是提供上述制備方法所得摩擦納米發(fā)電機(jī)摩擦層材料。

本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的。

一種摩擦納米發(fā)電機(jī)摩擦層材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將摩擦層A和摩擦層B進(jìn)行激光蝕刻，以使摩擦層A底面的粗糙度達(dá)到30～90％，摩擦層B頂面的粗糙度達(dá)到30～90％；

2)對(duì)摩擦層A底面和摩擦層B頂面分別進(jìn)行等離子處理，等離子處理的時(shí)間為1～120min，等離子處理的電壓為5～15KV，等離子處理的電流為0.5～0.6A；

其中：

摩擦層A的厚度為10～100μm，摩擦層A采用策略1或策略2，

策略1：所述摩擦層A為由聚丙烯腈或聚四氟乙烯鋪展成的薄膜；