[發明專利]一種壓電薄膜、壓電納米發電機及其制備方法

有效

• 申請號: 201911307619.6
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN111063795B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 王云明;余兆涵;周華民;黃志高;張云;李德群;鄭嘉琦
• 申請（專利權）人: 華中科技大學鄂州工業技術研究院;華中科技大學
• 主分類號: H10N30/092
• 分類號: H10N30/092;H10N30/057;H10N30/857;H10N30/85;H10N30/30;H02N2/18
• 代理公司: 北京眾達德權知識產權代理有限公司 11570
• 代理人: 劉杰

1.一種壓電薄膜的制備方法，該制備方法包括如下步驟：

(1)將羧甲基纖維素鈉、壓電高分子材料、分散劑和導電態聚苯胺與濃鹽酸混合，混合均勻；后將pH值調節至1～4；

(2)將步驟(1)得到的混合物冷凍至完全凝固，然后冷凍干燥，得到氣凝膠；

(3)將步驟(2)得到的氣凝膠升溫加壓成薄膜；

(4)將步驟(3)得到的薄膜在液氮中降溫后，進行極化，得到所述壓電薄膜；

所述步驟(1)中，所述羧甲基纖維素鈉、所述壓電高分子材料和所述分散劑的質量分數比為4～6:4～6:0.5～1.5；

所述步驟(1)中，基于所述壓電高分子材料的總重量計，所述導電態聚苯胺的添加質量為1-10％；所述濃鹽酸的摩爾濃度為1mol/L；所述濃鹽酸的體積和所述羧甲基纖維素鈉的質量的比例為(90～110)ml:(4～6)g；

所述壓電高分子材料選自三氟乙烯、聚偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物和偏二氟乙烯-四氟乙烯共聚物中的一種或兩種以上；所述分散劑選自十二烷基硫酸鈉和/或十二烷基磺酸鈉；

所述步驟(2)中，所述冷凍干燥的溫度為-80～-60℃，所述冷凍干燥的壓力為0～1Pa，所述冷凍干燥的時間為3～7天；

所述步驟(3)中，所述升溫加壓過程中，溫度為180～240℃，壓力為1～10MPa，所述升溫加壓后保持時間為40～80min；

所述步驟(4)中，所述極化過程的電壓為0.1～10kV，所述極化時間為2～10h；所述壓電薄膜的厚度為0.1～1.0mm。

2.根據權利要求1所述的壓電薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中，所述羧甲基纖維素鈉、所述壓電高分子材料和所述分散劑的質量分數比為5:5:1。

3.根據權利要求1至2中任一項所述的壓電薄膜的制備方法，其特征在于，該制備方法包括如下步驟：

(1)將羧甲基纖維素鈉、聚偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物、十二烷基硫酸鈉和導電態聚苯胺添加至濃度為1mol/L的濃鹽酸中，混合均勻，然后用氫氧化鈉溶液將pH值調節至1；其中所述濃鹽酸的體積和所述羧甲基纖維素鈉的質量的比例為100ml:5g；所述羧甲基纖維素鈉、所述壓電高分子材料和所述分散劑的質量分數比為5:5:1；

(2)將步驟(1)得到的混合物經液氮冷凍、干冰或乙醇浴冷凍至完全凝固，然后在-70℃、0.5Pa下冷凍干燥3天，得到氣凝膠；

(3)將步驟(2)得到的氣凝膠在210℃、5MPa下升溫加壓55min，得到薄膜；

(4)將步驟(3)得到的薄膜在液氮中降溫，置于1kV高壓下極化5h，得到所述壓電薄膜；

所述在液氮中降溫的過程為：將步驟(3)得到的薄膜置于液氮中降溫至-196℃。

4.根據權利要求1至3中任一項所述的壓電薄膜在制備壓電納米發電機中的應用。

5.一種使用權利要求1至3中任一項所述的壓電薄膜制備壓電納米發電機的方法，該制備方法為：將權利要求1至3中任一項所述的壓電薄膜的上下表面粘貼導電電極，得到所述壓電納米發電機；其中所述導電電極為銅膠帶或鋁膠帶。

6.根據權利要求5所述的制備壓電納米發電機的方法制備的壓電納米發電機。