[發明專利]一種高性能摩擦納米發電機、制備方法及應用

在審

• 申請號: 202111426417.0
• 申請日: 2021-11-27
• 公開（公告）號: CN114221570A
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 李鵬宇;陳軍帥;魯佳麗;付強;邵志超;米立偉;楊宇;艾文英
• 申請（專利權）人: 中原工學院
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04;C07D311/74
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 孫詩雨

本發明公開了一種高性能摩擦納米發電機、制備方法及應用，將硝基取代4H?色烯用于摩擦電材料的制備，并與作為對電極材料的聚偏氟乙烯組裝成垂直接觸式摩擦納米發電機。最后，將組裝成的摩擦納米發電機進行一系列的實際應用。采取垂直接觸?分離模式的TENG測定電極材料性能。本發明的摩擦納米發電機在5 Hz的工作情況下，其電荷密度與功率密度可達到78.20μC m^?2和2151.68 mW m^?2。這說明攜帶硝基的摩擦電材料具有很高的輸出性能。本發明所采用基于有機物的摩擦電極材料的制作方式簡單易行，并且相比于聚合物和金屬材料成本更加低廉，也更容易批量式生產，具有很大的市場發展前景。

技術領域

本發明屬于摩擦納米發電機技術領域，具體涉及一種高性能4H-色烯類有機摩擦納米發電機的制備方法與應用。

背景技術

隨著化石燃料的短缺以及污染災害的頻發，目前世界各國都急需一種綠色、高效、清潔、無污染的可持續能源來緩解能源與環境的壓力。摩擦電納米發電機（TENG）作為一種新型的能量收集技術，具有體積小、制作簡單、能量轉換效率高等優點，從而受到越來越多人的青睞。而且，摩擦電納米發電機可以充分利用生活環境中的各種被忽略的機械能，包括水波能、風能、人體運動機械能等，這種廣泛的能量來源可以保證摩擦納米發電機進行持續不斷的工作。但是，摩擦電納米發電機作為未來商業的能源依然面臨很多不足之處，而高性能的輸出是決定其實際應用的關鍵問題之一。

自相關研究人員發現摩擦納米發電機以來，全球的很多科學家開始爭相報道各種策略來改善TENG的性能。在垂直接觸分離式摩擦納米發電機的工作原理中，基于電極材料產生的摩擦電子是感應電荷的來源，周期性的機械能驅動上下兩個電極運動，使感應電荷反復經過負載，從而實現了機械能向電能的轉變。因此，在基于摩擦起電和感應起電耦合的摩擦納米發電機中，摩擦電子的產生具有關鍵作用。所以，采取恰當措施促進摩擦電子產生和轉移，引起了越來越多科研工作者的關注與重視。例如，復合材料、靜電紡絲、表面處理等各種方式來提高摩擦發電的性能。然而這些材料制備方法不僅制作工藝十分復雜，而且材料的成本很高，這嚴重阻礙了摩擦納米發電機的進一步實際應用。

眾所周知，有機化合物的種類繁多，而且結構可以靈活調控。相比于聚合物和無機材料，有機化合物具有較小的分子質量，更有利于形成較大的能量密度。另外，通過合適的有機反應可以改變有機分子取代基，從而調整有機分子摩擦性能。硝基基團具有很強的吸電子能力，其與苯環的共軛還會增大整個體系的電子離域化程度，從而能夠降低電子躍遷的能量，使電子逸出更加容易。因此，攜帶硝基的有機物可以有效提升摩擦納米發電機的輸出性能。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供一種高性能摩擦納米發電機、制備方法及應用，即制備了一種硝基取代4H-色烯摩擦電極材料，并將其應用到摩擦納米發電機領域。本發明將一種硝基取代4H-色烯制備成一種發電性能優良的摩擦層電極材料，并與作為對電極材料的聚偏氟乙烯組裝成垂直接觸式摩擦納米發電機。最后，將組裝成的摩擦納米發電機進行一系列的實際應用。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種高性能摩擦納米發電機，采用硝基取代4H-色烯作為摩擦電極材料，采用聚偏氟乙烯作為對電極材料。

本發明所述的高性能摩擦納米發電機的制備方法，包括以下步驟：

（1）硝基取代4H-色烯的合成；

（2）硝基取代4H-色烯摩擦納米發電機電極的制備。