[發(fā)明專利]一種摩擦納米發(fā)電機(jī)及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110172695.1
• 申請(qǐng)日: 2021-02-08
• 公開（公告）號(hào): CN112953292A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝欣凱;趙春;文震;劉伊娜;趙策洲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西交利物浦大學(xué)
• 主分類號(hào): H02N1/04
• 分類號(hào): H02N1/04
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 孟金喆

本發(fā)明公開了一種摩擦納米發(fā)電機(jī)及其制備方法。該制備方法包括：提供一金屬電極層；采用旋涂法在所述金屬電極層一側(cè)制備氧化鋯鑭中間介電層；采用旋涂法在所述氧化鋯鑭中間介電層背離所述金屬電極層一側(cè)制備電負(fù)性摩擦層；提供一基底；在所述基底的背面制備電正性摩擦層；所述電正性摩擦層設(shè)置于所述電負(fù)性摩擦層與所述基底之間，且所述電正性摩擦層與所述電負(fù)性摩擦層之間間隔預(yù)設(shè)距離，本技術(shù)方案通過(guò)旋涂法制備氧化鋯鑭中間介電層及電負(fù)性摩擦層實(shí)現(xiàn)了摩擦納米發(fā)電機(jī)制備過(guò)程簡(jiǎn)單可控，從而實(shí)現(xiàn)了摩擦納米發(fā)電機(jī)低成本、批量化生產(chǎn)；同時(shí)增加氧化鋯鑭中間介電層也提高了摩擦納米發(fā)電機(jī)電荷輸出特性，也延長(zhǎng)了電荷衰減時(shí)間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明實(shí)施例涉及納米能源技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種摩擦納米發(fā)電機(jī)及其制備方法。

背景技術(shù)

摩擦納米發(fā)電機(jī)(Tribo electric nano generator,TENG)的誕生為智能化物聯(lián)網(wǎng)的電源網(wǎng)絡(luò)發(fā)展提供了基礎(chǔ)，而如何從材料出發(fā)進(jìn)一步提高TENG的電學(xué)輸出性能，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求是當(dāng)前領(lǐng)域中亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

摩擦材料表面電荷密度與平均輸出功率和能量轉(zhuǎn)換效率呈正相關(guān)關(guān)系，因此，大量研究致力于提高表面電荷密度。傳統(tǒng)的方法包括對(duì)摩擦材料物理/化學(xué)改性、增大有效接觸面積、人工離子注入及增加功能層等。一些研究表明，在摩擦層與電極層中添加功能性中間層可以增強(qiáng)感應(yīng)電荷，改善TENG輸出性能的同時(shí)延長(zhǎng)電荷衰減時(shí)間，但目前制備中間層的方法大多為填充高介電常數(shù)納米顆粒與有機(jī)物的混合物、濺射金屬或金屬氧化物、涂覆有機(jī)聚合物層等，上述方法受限于材料合成步驟復(fù)雜，設(shè)備及生產(chǎn)成本高，無(wú)法滿足大批量低成本的工業(yè)化生產(chǎn)需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種摩擦納米發(fā)電機(jī)及其制備方法，實(shí)現(xiàn)了摩擦納米發(fā)電機(jī)制備過(guò)程簡(jiǎn)單可控，從而實(shí)現(xiàn)了摩擦納米發(fā)電機(jī)低成本、批量化生產(chǎn)；同時(shí)增加氧化鋯鑭中間介電層提高了摩擦納米發(fā)電機(jī)電荷輸出特性，也延長(zhǎng)了電荷衰減時(shí)間。

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種摩擦納米發(fā)電機(jī)的制備方法，該制備方法包括：

提供一金屬電極層；

采用旋涂法在所述金屬電極層一側(cè)制備氧化鋯鑭中間介電層；

采用旋涂法在所述氧化鋯鑭中間介電層背離所述金屬電極層一側(cè)制備電負(fù)性摩擦層；

提供一基底；

在所述基底的背面制備電正性摩擦層；所述電正性摩擦層設(shè)置于所述電負(fù)性摩擦層與所述基底之間，且所述電正性摩擦層與所述電負(fù)性摩擦層之間間隔預(yù)設(shè)距離。

可選的，采用旋涂法在所述金屬電極層一側(cè)制備氧化鋯鑭中間介電層，包括：

稱取預(yù)設(shè)質(zhì)量比范圍的硝酸鋯粉末和硝酸鑭粉末，采用去離子水配制預(yù)設(shè)混合濃度的所述氧化鋯鑭前驅(qū)體溶液，并將所述氧化鋯鑭前驅(qū)體溶液超聲震蕩并靜置；

將所述氧化鋯鑭前驅(qū)體溶液滴加在所述金屬電極層一側(cè)；

采用旋涂機(jī)，并控制所述旋涂機(jī)的轉(zhuǎn)速為第一預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速范圍、旋涂時(shí)間為第一預(yù)設(shè)時(shí)間范圍，旋涂得到第一預(yù)設(shè)厚度范圍的所述氧化鋯鑭中間介電層。

可選的，采用旋涂法在所述氧化鋯鑭中間介電層背離所述金屬電極層一側(cè)制備電負(fù)性摩擦層，包括：

稱取預(yù)設(shè)質(zhì)量比的聚二甲基硅氧烷溶液和固化劑，混合得到聚二甲基硅氧烷；并將所述聚二甲基硅氧烷放入真空腔室內(nèi)預(yù)設(shè)時(shí)間；

將所述聚二甲基硅氧烷滴加所述氧化鋯鑭中間介電層上；

采用旋涂機(jī)，并控制所述旋涂機(jī)的轉(zhuǎn)速為第二預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速范圍，旋涂時(shí)間為第二預(yù)設(shè)時(shí)間范圍，旋涂得到第二預(yù)設(shè)厚度范圍的所述電負(fù)性摩擦層。

可選的，提供一金屬電極層之后，還包括：