[發明專利]一種具有摩擦正極性的玻璃纖維布材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110254456.0
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN112968625B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 郭益平;鄭智鵬;余迪
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04;D06H7/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

本發明涉及一種具有摩擦正極性的玻璃纖維布材料及其制備方法和應用，該方法包括以下步驟：(1)玻璃纖維布的預處理：將玻璃纖維布原材料裁剪成所需尺寸，放入去離子水、乙醇或丙酮中清洗，烘干后再經紫外臭氧處理，獲得干凈、完整的玻璃纖維布織物；(2)玻璃纖維布材料的組裝：將鋁箔基底粘附在玻璃纖維布織物上，得到具有摩擦正極性的玻璃纖維布材料。該材料應用于組裝摩擦納米發電機器件，在外力刺激下產生電信號，采集人體走路、手拍打物體的生物機械能，實現能量采集與傳感。與現有技術相比，本發明具有不僅具有較好的柔性且兼具低成本和耐用性，還具有較高的摩擦正極性以及可大規模生產等優點。

技術領域

本發明涉及領域，具體涉及一種具有摩擦正極性的玻璃纖維布材料及其制備方法和應用。

背景技術

摩擦納米發電機基于接觸起電效應與靜電感應效應，從而實現將機械能轉化為電能的作用。而接觸起電效應取決于摩擦材料的摩擦極性，在接觸分離過程中，相對正極性的一端失去電子，帶正電；相對負極性的一端得到電子，帶負電。

選用摩擦極性相差較大的兩種材料，能保證接觸起電過程中產生更多的摩擦電荷，從而使摩擦納米發電機具有更高的輸出性能。目前摩擦負極性的材料選擇較多，如聚偏二氟乙烯(PVDF)，聚四氟乙烯(PTFE)，聚二甲基硅氧烷(PDMS)等，而摩擦正極性的材料選擇較少。

目前在摩擦納米發電機中，最常用的正極性材料諸如鋁箔、銅箔、皮膚、尼龍等均面臨一些應用上的限制，如鋁箔、銅箔和尼龍的摩擦正極性都稍低。因此，開發一種具有較高摩擦正極性的材料對提高摩擦納米發電機性能，以及開發柔性纖維及摩擦電器件有著重要意義。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種不僅具有較好的柔性且兼具低成本和耐用性，還具有較高的摩擦正極性以及可大規模生產的具有摩擦正極性的玻璃纖維布材料及其制備方法和應用。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種具有摩擦正極性的玻璃纖維布材料的制備方法，該方法包括以下步驟：

(1)玻璃纖維布的預處理：將玻璃纖維布原材料裁剪成所需尺寸，放入去離子水、乙醇或丙酮中清洗，烘干后再經紫外臭氧處理，獲得干凈、完整的玻璃纖維布織物；

(2)玻璃纖維布材料的組裝：將鋁箔基底粘附在玻璃纖維布織物上，得到具有摩擦正極性的玻璃纖維布材料，可用于與多種摩擦材料配對，制備摩擦納米發電機器件。

進一步地，步驟(2)中，使用鋁膠帶粘附在玻璃纖維布織物上，得到具有摩擦正極性的玻璃纖維布材料。

進一步地，步驟(2)中，先配制甲基纖維素水溶液，再旋涂在鋁箔基底上，然后將玻璃纖維布織物緊密貼附于甲基纖維素液膜上，經烘干后，得到具有摩擦正極性的玻璃纖維布材料。

進一步地，所述甲基纖維素水溶液的濃度為0.01-0.1g/ml；所述的旋涂速率為1500-2500r/min；所述烘干的溫度為70-85℃，時間為0.5-2h。

進一步地，所述的玻璃纖維布原材料為耐高溫的電子級玻纖布，由多根玻璃纖維束編織形成的網狀結構，每根玻璃纖維束由玻璃纖維絲集成。具有較高的摩擦正極性，可將其作為正極材料，在接觸起電過程中傾向于失去電子，帶正電；可將其應用在基于摩擦電效應的納米發電機及傳感等器件中。其編織結構具有較高的粗糙度和較大的接觸面積，可將其用于摩擦納米發電機器件的開發和應用。

進一步地，所述的玻璃纖維絲4-10μm。所利用的玻璃纖維紡織布(Glass FiberFabric，縮寫GFF)為耐高溫的電子級玻纖布，由上百根直徑為4-10μm的玻璃纖維集成一根玻纖束，再由大量玻璃纖維束交叉編織形成網狀結構。雖然GFF是一種無機材料，但由于其魚網狀的特殊結構而具有了很好的柔性，可承受往復的彎曲、扭曲等變形，克服了現有摩擦電正極材料缺乏柔性的問題。