[發明專利]一種自供電觸覺傳感摩擦納米發電機及其制備方法

有效

• 申請號: 201911259957.7
• 申請日: 2019-12-10
• 公開（公告）號: CN110932592B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（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: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 郭東亮;蔡學俊

本發明提出一種自供電觸覺傳感摩擦納米發電機其制備方法，包括下基板、下電極、摩擦介質層、上電極和上基板，下電極設于下基板上；摩擦介質層設于下電極上；上電極設于上基板上，摩擦介質層為雙網絡薄膜；納米發電機初始狀態下的摩擦介質層與上電極分離，當納米發電機受到預壓力而進入工作狀態時，雙網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；本發明能制備同時實現化學改性和物理改性的摩擦電薄膜，從而得到更高的表面摩擦電荷密度以獲得更高效的摩擦納米發電機。

技術領域

本發明涉及新能源技術領域，尤其是一種自供電觸覺傳感摩擦納米發電機及其制備方法。

背景技術

隨著有機電子應用的迅速發展，包括壓力傳感器、晶體管和人造突觸等，對無監督和分布式設備電源的需求日益增加。所以建立高效的能量收集和轉換裝置是未來人工智能裝置的迫切需要。摩擦電納米發電機具有輸出功率高、設計簡單、成本低等優點，是一種很有發展前途的機械能轉化為電能的技術。

由于摩擦納米發電機的工作原理基于摩擦電和靜電感應現象，所以在摩擦納米發電機的輸出性能中，摩擦電層的摩擦電荷密度占主導地位。因此目前急需解決的是通過各種各樣的研究來調節表面電荷密度。一般通過表面改性的方法，可以分為物理改性來擴大接觸面積和化學改性來控制表面電位兩類。然而，所有這些研究都只實現了物理改性或化學改性中的一種，并沒有得到最高的摩擦電性能。因此，本發明提出一種新的方法，將這物理改性、化學改性兩種改性集成起來能使摩擦納米發電機的性能最大化。

發明內容

本發明提出一種自供電觸覺傳感摩擦納米發電機及其制備方法，能制備同時實現化學改性和物理改性的摩擦電薄膜，從而得到更高的表面摩擦電荷密度以獲得更高效的摩擦納米發電機。

本發明采用以下技術方案。

一種自供電觸覺傳感摩擦納米發電機，所述納米發電機包括下基板（100）、下電極（110）、摩擦介質層（120）、上電極（130）和上基板（140），所述下電極設于下基板上；所述摩擦介質層設于下電極上；所述上電極設于上基板上，所述摩擦介質層為雙網絡薄膜；所述納米發電機初始狀態下的摩擦介質層與上電極分離，當納米發電機受到預壓力而進入工作狀態時，雙網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高靈敏度地衡量納米發電機所受壓力變化的電信號。

所述上電極、下電極通過外接導線相連。

所述納米發電機下基板（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，所述摩擦介質層（120）由聚二甲基硅氧烷（PDMS）溶液和甲基丙烯酸（MAA）單分子溶液、二甲基丙烯酸乙二醇酯（EGDMA）單分子溶液、甲基丙烯酸羥乙基（HEMA）單分子溶液組成的雙網絡薄膜。

一種自供電觸覺傳感摩擦納米發電機制備方法，以上所述納米發電機的制備方法包括以下步驟；

A1、將兩片PET 基板清洗干凈，作為摩擦納米發電機的上基板、下基板；

A2、利用磁控濺射在已經清洗干凈的基板上濺射ITO，濺射至基板的ITO為摩擦納米發電機的上電極、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，得到單網絡薄膜的摩擦介質層；