[發明專利]一種基于層間電場效應的柔性納米發電機設計方法

有效

• 申請號: 201911305455.3
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN111082701B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 李銀輝;頊建樂;蘇曉曉;梁琨;李朋偉;胡杰;李剛
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;H02N2/00
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源;曹一杰

1.一種基于層間電場效應的柔性納米發電機設計方法，其特征在于，包括如下步驟：（1）壓電相納米材料的制備：利用水熱法制備BaTiO₃納米粒子；將鈦酸四丁酯、乙醇在酸性環境下混合，得到TiO₂凝膠；再將醋酸鋇與TiO₂凝膠混合，調控Ba與Ti的原子比，并用強堿作為該過程的中和劑，在150~300 °C下反應4~8 h，得到BTO分散液溶液，過濾烘干后得到BTO納米粒子粉末；

（2）BTO/有機聚合物柔性復合壓電薄膜的制備：將BTO納米粒子粉末分散于有機溶劑中，得到BTO分散液；將有機聚合物溶解于BTO分散液中，并在真空干燥箱中靜置脫除氣泡，制得BTO/有機聚合物旋涂液；用滴管吸取上述BTO/有機聚合物旋涂液，并將其滴在玻璃片上，在勻膠機上以一定的轉速和加速度進行旋涂，然后將旋涂后的玻璃片置于加熱板上干燥，將復合壓電薄膜從玻璃上剝離，得到BTO/有機聚合物柔性復合壓電薄膜；所述有機溶劑采用N,N-二甲基甲酰胺DMF或二甲亞砜DMSO；有機聚合物采用聚偏氟乙烯PVDF、聚丙烯腈PAN或聚二甲基硅氧烷PDMS；

（3）基于層間電場效應的多層復合壓電薄膜的制備：將步驟（2）所得BTO/有機聚合物柔性復合壓電薄膜上下疊壓排列，并在上下相鄰的復合薄膜之間構筑高介電相層：將高介電相材料置于上下相鄰的復合薄膜中間，控制中間介電相層厚度是柔性復合壓電薄膜厚度的1/5~1/25；得到多層BTO/有機聚合物柔性復合壓電薄膜；所述高介電相材料包括空氣或PPE1200薄膜或PVC薄膜或涂覆絕緣的液體膠；

（4）基于層間電場效應的多層復合薄膜納米發電機的制備：銅片電極分別粘在上述多層BTO/有機聚合物柔性復合壓電薄膜最上面和最下面，用PET薄膜作為絕緣層粘附在銅片電極層外，利用錫焊接技術將銅線引出。

2.如權利要求1所述的一種基于層間電場效應的柔性納米發電機設計方法，其特征在于，步驟（1）中Ba與Ti的原子比為2:1，并用NaOH作為該過程的中和劑；步驟（2）中有機溶劑為N,N-二甲基甲酰胺；所述有機聚合物為聚偏氟乙烯；真空脫泡2 h，得到BTO/PVDF/DMF旋涂液；旋涂后將玻璃片置于加熱臺上，在90 °C條件下加熱30 min后，將有機溶劑揮發完全；用尖頭鑷子在玻璃片角處將BTO/PVDF/DMF復合薄膜剝離，制得厚度為10 ~ 500 μm的BTO/PVDF復合薄膜；勻膠機的轉速為200~1500 rpm；步驟（3）中高介電相材料為空氣。

3.如權利要求1所述的一種基于層間電場效應的柔性納米發電機設計方法，其特征在于，步驟（1）中Ba與Ti的原子比為3:1，并用NaOH作為該過程的中和劑；步驟（2）中有機溶劑為N,N-二甲基甲酰胺；所述有機聚合物為聚丙烯腈；真空脫泡2 h，得到BTO/PAN/DMF旋涂液；將旋涂好的復合薄膜的玻璃片置于加熱臺上，在90 °C條件下加熱40 min后，蒸干溶劑；用尖頭鑷子在玻璃片角處將BTO/PAN復合薄膜剝離，制得厚度為10~500 μm的BTO/PAN復合薄膜，勻膠機的轉速為50 ~ 1000 rmp；步驟（3）中高介電相材料為2 μm的PVC薄膜。

4.如權利要求1所述的一種基于層間電場效應的柔性納米發電機設計方法，其特征在于，步驟（1）中調控Ba與Ti的原子比為3:1，并用NaOH作為該過程的中和劑；步驟（2）中有機溶劑為N,N-二甲基甲酰胺；所述有機聚合物為聚偏氟乙烯；真空脫泡2 h，得到BTO/PVDF/DMF旋涂液；將旋涂好的復合薄膜的玻璃片置于加熱臺上，在80 °C條件下加熱40 min后，蒸干溶劑；用尖頭鑷子在玻璃片角處將BTO/PVDF/DMF復合薄膜剝離，制得厚度為10~500 μm的BTO/PVDF復合薄膜，勻膠機的轉速為200 ~ 1500 rmp；步驟（3）中高介電相材料為涂覆絕緣的液體膠；所述液體膠采用502液體膠或液體硅膠或PP/PE塑料膠或CA-260快干ABS液體膠。