[發明專利]一種植物蛋白摩擦納米發電機及其應用

有效

• 申請號: 201910576117.7
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN110311586B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 平建峰;姜成美
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04;B82Y5/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種植物蛋白摩擦納米發電機及其應用。摩擦發電機包括摩擦電負層和蛋白膜，蛋白膜與摩擦電負層面對面堆疊，各自的背表面粘附或鍍上電極，或者僅蛋白膜背表面或摩擦電負層背表面設置接地的電極；將蛋白質粉末溶于水或者乙醇水溶液中，然后添加增塑劑，經過熱處理使得蛋白質變性，得到成膜所需的更延伸的結構；最后蒸發溶劑干燥得到質地均勻，具有透明度和柔性好的蛋白膜；并且將摩擦發電機用于農作物的生長應用。本發明創新性地利用植物蛋白作為摩擦電材料，利用摩擦納米發電機作為生物可降解的地膜，為農業創造了空間電場促進系統，并進一步用于農作物的生長作用。

技術領域

本發明涉及了一種摩擦納米發電機，尤其是涉及一種植物蛋白摩擦納米發電機及其應用。

背景技術

隨著柔性和便攜式電子產品的快速發展，能夠有效地將各種形式的機械能轉換為電能的摩擦納米發電機將被用作未來世界能源供應的主流。目前為止，摩擦納米發電機的大多數研究工作都在強調結構設計或材料創新。

目前在摩擦納米發電機中廣泛使用的材料包括聚酰胺(尼龍)-11和聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。值得注意的是這些材料并不能完全降解并且易于釋放危險的化學物質，隨著電子產品的快速升級將成為電子廢物，這無疑給環境帶來了巨大的負擔。因此，用生物可降解和無毒材料制造的柔性裝置受到越來越多的關注。

近年來，多種生物材料如淀粉，殼聚糖，蠶絲納米纖維，明膠和細菌納米纖維素制備的摩擦發電機被廣泛應用于植入式設備，醫療保健和環境監測等領域中。然而，繁瑣的加工步驟將使其難以實際應用。迄今為止，關于植物蛋白在摩擦納米發電機中的應用還是一片空白，其摩擦起電性質及機理也有待探究。

發明內容

為了解決背景技術中存在的問題和填補空白，本發明的目的在于將植物蛋白作為一種新的摩擦電材料引入摩擦發電機領域中，并且創新地將基于植物蛋白的摩擦發電機作為生物可降解地膜應用于空間電場促生系統中。這種摩擦納米發電機可用于收集環境中的機械能，并且可以作為生物可降解地膜用于空間電場促生系統。

本發明的技術方案：

一、一種基于植物蛋白的摩擦發電機：

所述的摩擦發電機包括摩擦電負層和蛋白膜，以蛋白膜作為摩擦給電子層，蛋白膜與摩擦電負層面對面堆疊，各自的背表面粘附或鍍上電極，或者僅蛋白膜背表面或摩擦電負層背表面設置接地的電極。

本發明首次提出將蛋白膜用于摩擦發電的應用，并且也首次提出將這種帶有蛋白膜的摩擦發電機用于作用生物組織的生長。

所述的蛋白膜采用以下方式制備而成：將難溶解的蛋白質粉末溶于水(溶于水時通過調節pH遠離等電點使蛋白質分散均勻)或者乙醇水溶液中，然后添加增塑劑(這樣能減少蛋白質分子之間的相互作用使得膜拉伸性能提高，柔性增強，不易干裂)，經過超過玻璃化轉變溫度的熱處理使得蛋白質變性，得到成膜所需的更延伸的結構，蛋白質鏈在此過程中通過形成氫鍵、離子鍵、共價鍵以及疏水作用增強蛋白質膜的網絡結構強度，其中包括促進巰基氧化成二硫鍵來增強蛋白質膜的網絡強度；最后蒸發溶劑干燥得到質地均勻，具有透明度和柔性好的蛋白膜。

所述的摩擦電負層采用聚四氟乙烯(Teflon)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰亞胺(Kapton)、硅橡膠(Ecoflex)、聚乳酸(PLA)等，均可作為摩擦發電機的摩擦電負層材料。

二、本發明的摩擦發電機用于農作物的生長應用，對農作物的生長具有促進作用。將摩擦發電機置于土壤上，蛋白膜在接觸土壤的一側，并對該摩擦發電機施加力使得摩擦電負層和蛋白膜之間發生接近、離開或者相對滑移，即施加了機械能，進而對農作物產生了生長促進的電場。

具體地，所述的摩擦發電機采用以下過程制備：