[發明專利]柔性壓電發電器件及其制備方法

在審

• 申請號: 202010601559.5
• 申請日: 2020-06-29
• 公開（公告）號: CN111725383A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 胡建臣;彭瑜;張克勤
• 申請（專利權）人: 南通紡織絲綢產業技術研究院;蘇州大學
• 主分類號: H01L41/04
• 分類號: H01L41/04;H01L41/047;H01L41/08;H01L41/083;H01L41/16;H01L41/193;H01L41/27
• 代理公司: 蘇州謹和知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32295
• 代理人: 葉棟

本發明所涉及的柔性壓電發電器件的制備方法，包括，制備柔性電極片：提供柔性高分子材料，固化得到高分子薄片，在高分子薄片的一表面涂覆導電膠，在導電膠邊緣引出導線，得到柔性電極片；制備功能層混合液：將壓電性粒子加入柔性高分子材料中混合均勻，加固化劑并混勻得到功能層混合液；制備柔性壓電發電器件：提供兩片柔性電極片，將功能層混合液涂覆在其中一片柔性電極片上，將另一片柔性電極片覆蓋在功能層混合液上，導電膠朝向功能層混合液，固化得到三層結構的柔性壓電發電器件，三層結構的具有高度相近的柔韌性，制作簡單，節約成本，可進行大規模成產，得到的壓電發電器件的柔性靈活度高且穩定性好，性能優異并且可開發柔性可穿戴產品。

技術領域

本發明涉及一種柔性壓電發電器件及其制備方法。

背景技術

壓電效應是指拉伸或按壓一種材料會導致其產生電壓，該材料被稱為壓電材料，壓電材料在受到機械力時，能夠分離正電荷和負電荷并產生壓差，因此壓電材料可以將機械能轉換為電能。壓電材料是當前最理想的新能源材料，將柔性材料與傳統壓電材料相結合，可以實現其在受到大幅度彎曲或拉拽時產生電壓，從而可以穩定高效地把環境中復雜多變的機械能轉化成電能。傳統的壓電發電器件一般都以一維材料為主，近幾年科學研究發現，二維的二硫化鉬也具有壓電發電功能，且相比于一維壓電發電材料來說，制作過程會更簡單，電流利用效率相對更大。二維材料的壓電效應大大拓展了多層材料在人機交互、機器人、微機電系統以及主動柔性電子器件領域的應用潛能。

目前，以二維材料制備壓電發電器件的方法主要為三種：一種是在電極基底上生長具有壓電效應的二維結構，然后涂覆電極制成壓電發電器件，這種方法得到的器件穩定性相對較好，不易脫落，但制作過程十分復雜，且材料的壓電系數較低，產生的電流小。第二種是將具有壓電性的物質與柔性材料混合制成片狀柔性壓電材料，然后用涂覆等方法制作柔性電極得到壓電發電器件，這種方法得到的器件穩定性相對較好，但是，器件的電流因中間層的物質濃度，厚度等等因素而變化，且制備過程可能會復雜繁瑣。第三種是直接將片狀壓電材料連接電極得到壓電發電器件，但這種方法測得的電流很小，只有皮安級別。現有的壓電發電器件的電極片基底都相對較硬，柔性靈活度不夠，功能層與電極層之間無法做到形變同步，穩定性差，壽命有限，不滿足柔性可穿戴器件的柔韌度要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種制備方法簡單、成本低且可大規模制備的柔性壓電發電器件的制備方法，得到的壓電發電器件的柔性靈活度高且穩定性好。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：一種柔性壓電發電器件的制備方法，所述制備方法包括：

制備柔性電極片：提供柔性高分子材料，固化得到高分子薄片，在所述高分子薄片的一表面涂覆導電膠，在所述導電膠邊緣引出導線，得到柔性電極片；

制備功能層混合液：提供所述柔性高分子材料，將壓電性粒子加入所述柔性高分子材料中混合均勻，加固化劑并混勻得到功能層混合液；

制備柔性壓電發電器件：提供兩片所述柔性電極片，將所述功能層混合液涂覆在其中一片所述柔性電極片上，將另一片所述柔性電極片覆蓋在所述功能層混合液上，所述導電膠朝向所述功能層混合液，固化得到柔性壓電發電器件。

進一步地，所述柔性高分子材料為聚二甲基硅氧烷。

進一步地，所述壓電性粒子為二硫化鉬。

進一步地，所述功能層混合液中的所述壓電性粒子的濃度為1％-2％。

進一步地，所述固化條件：溫度為65-85℃，時長為2.5-5h。

進一步地，所述導電膠為銀導電膠。

進一步地，所述導線為銅導線。

進一步地，所述高分子薄片的一表面涂覆所述導電膠時，所述高分子薄片的邊緣留有空隙。