[發(fā)明專利]一種自供電觸覺傳感摩擦納米發(fā)電機及其制備方法

有效

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• 申請日: 2019-12-10
• 公開（公告）號: CN110932592B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發(fā)明（設計）人: 陳惠鵬;劉亞倩;陳耿旭;郭太良;汪秀梅;嚴育杰;饒智超
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 郭東亮;蔡學俊

1.一種自供電觸覺傳感摩擦納米發(fā)電機，其特征在于：所述納米發(fā)電機包括下基板（100）、下電極（110）、摩擦介質(zhì)層（120）、上電極（130）和上基板（140），所述下電極設于下基板上；所述摩擦介質(zhì)層設于下電極上；所述上電極設于上基板上，所述摩擦介質(zhì)層為雙網(wǎng)絡薄膜；所述納米發(fā)電機初始狀態(tài)下的摩擦介質(zhì)層與上電極分離，當納米發(fā)電機受到預壓力而進入工作狀態(tài)時，雙網(wǎng)絡薄膜與上基板摩擦使兩者表面積累電荷并在上電極和下電極間形成平衡電位；當因受到觸摸使納米發(fā)電機所受壓力變化時，上電極與下電極的間距變化使電位的平衡狀態(tài)無法維持，從而形成上電極與下電極之間的信號電流和開路電壓；

所述納米發(fā)電機下基板（100）和上基板（140）的材料為聚對苯二甲酸乙二醇酯PET基板，所述下電極（110）和上電極（130）為氧化銦錫ITO電極，所述摩擦介質(zhì)層（120）為由聚二甲基硅氧烷PDMS溶液與甲基丙烯酸MAA單分子溶液、二甲基丙烯酸乙二醇酯EGDMA單分子溶液或甲基丙烯酸羥乙基HEMA單分子溶液中的一種組成的雙網(wǎng)絡薄膜。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種自供電觸覺傳感摩擦納米發(fā)電機，其特征在于：所述上電極、下電極處均引出供電導線；所述上電極與下電極之間的開路電壓或信號電流形成可衡量納米發(fā)電機所受壓力變化的電信號。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種自供電觸覺傳感摩擦納米發(fā)電機，其特征在于：所述上電極、下電極通過外接導線相連。

4.一種自供電觸覺傳感摩擦納米發(fā)電機制備方法，其特征在于：權利要求1中所述納米發(fā)電機的制備方法包括以下步驟；

A1、將兩片PET 基板清洗干凈，作為摩擦納米發(fā)電機的上基板、下基板；

A2、利用磁控濺射在已經(jīng)清洗干凈的基板上濺射ITO，濺射至基板的ITO為摩擦納米發(fā)電機的上電極、下電極；

A3、用膠頭滴管取充分混合的PDMS溶液旋涂在步驟A3濺射處理所得的下電極上，得到單網(wǎng)絡薄膜的摩擦介質(zhì)層；

A4、用移液槍取適量的MAA 單分子溶液、EGDMA溶液并混合，且在取這兩種溶液時需保持MAA單分子溶液質(zhì)量超過EGDMA溶液；

A5、用稱量天平取適量的紫外光固化劑溶入A4中混合后的單分子溶液，固化劑的質(zhì)量不超過A4所取的溶液的10%；

A6、將A5制備所得的單分子溶液放置在遮光室溫下，使該溶液充分溶解；

A7、用膠頭滴管取適量A6充分溶解好的單分子溶液滴到A3制備好的單網(wǎng)絡PDMS薄膜上以制備雙網(wǎng)絡薄膜，靜置時間不超過30 min，可隨所需雙分子網(wǎng)絡的強度而定；

A8、將A7靜置后得到的薄膜用無塵布擦干后靜置；

A9、將A8 擦干后得到的薄膜上放置所需要的光掩膜版；

A10、將A9制備所得的薄膜放置在紫外光固化燈下，曝光時間大于1min；

A11、將A10制備所得的固化后的薄膜取下掩膜版，加熱去除剩余單分子溶液， 完成自供電觸覺傳感摩擦納米發(fā)電機雙網(wǎng)絡薄膜以及下基板的制備；

A12、將A10制備所得的雙網(wǎng)絡薄膜以及下基板，與A2濺射所得的上基板通過導線連接，得到自供電觸覺傳感摩擦納米發(fā)電機。

5.根據(jù)權利要求4所述的一種自供電觸覺傳感摩擦納米發(fā)電機制備方法，其特征在于：所述摩擦納米發(fā)電機的上、下基板的尺寸隨所需電壓而定；所述摩擦納米發(fā)電機下電極和上電極的材質(zhì)為ITO或其他金屬材料；所述摩擦納米發(fā)電機的摩擦介質(zhì)層為PDMS與小分子溶液滲透所得的雙網(wǎng)絡薄膜，具備雙分子網(wǎng)絡結構。

6.根據(jù)權利要求4所述的一種自供電觸覺傳感摩擦納米發(fā)電機制備方法，其特征在于：所述自供電觸覺傳感摩擦納米發(fā)電機的雙網(wǎng)絡薄膜的選材范圍包括多種不同材料組合形成的雙網(wǎng)絡薄膜，包括PDMS和MAA的雙網(wǎng)絡薄膜、PDMS和EGDMA的雙網(wǎng)絡薄膜以及PDMS和HEMA的雙網(wǎng)絡薄膜。