[發明專利]一種仿生可降解摩擦納米發電機及其制備方法

在審

• 申請號: 202210187982.4
• 申請日: 2022-02-28
• 公開（公告）號: CN114531055A
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 簡剛;朱尚濤;王鋒偉;歐陽春
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 杭行

本發明公開一種仿生可降解摩擦納米發電機及其制備方法，該摩擦納米發電機是以編制的竹纖維布作為正極摩擦材料，棉布作為負極摩擦材料，通過兩個摩擦材料之間的接觸分離，利用摩擦生電效應和靜電感應產生交變電流實現發電的。竹纖維不僅可降解、成本低，且有著很好的柔韌性和摩擦性能，并且能夠在一定的彎曲、扭轉的作用下，依舊能夠保持良好的性能，有助于提升產品的輸電性能；且本申請公開的摩擦納米發電機的制備過程簡單，制備效率有明顯的提升。

技術領域

本發明屬于摩擦納米發電技術領域，具體涉及一種仿生可降解摩擦納米發電機及其制備方法。

背景技術

目前，世界各國都普遍面臨著境內傳統能源枯竭的問題，對于新能源的開發和利用都有著迫切的需求。新能源雖具有可再生、清潔性高等優勢，但是風能、機械能、潮汐能等新能源都具有間歇性和不可控性，因此需要在使用前對它們進行收集轉換。

摩擦納米發電機(Triboelectric Nanogenerator,TENG)就是在這種時代背景下誕生的新型發電設備，它的出現為世界新能源的開發帶來了新的思路，TENG通過對具有正、負兩種極性的摩擦材料進行摩擦或接觸與分離產生電荷轉移，進而產生電流，具體地是通過摩擦起電效應和靜電感應，使兩種對電子束縛能力不同的電極材料之間發生摩擦進而產生電勢差，外部的電路為了達到電勢的平衡，則會發生電子的流動轉移，進而會在外電路產生電流。

從結構上看，摩擦納米發電機主要有四種模式，分別是滑動式摩擦納米發電機、接觸-分離式摩擦納米發電機、單電極式摩擦納米發電機和感應式摩擦納米發電機。接觸分離式的摩擦納米發電機是采集按壓等動作產生的機械能，并將其轉化為電能，結構簡單，使用過程方便，在發電領域得到了較多的應用。從材料上看，傳統的摩擦納米發電機用正、負極材料主要是合成的聚合物類材料，如尼龍、聚四氟乙烯(PTFE)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等，此類材料的電輸出性能雖符合要求，但是材料的可降解性差，廣泛使用會對環境造成負擔，且此類材料的制備成本較高，不符合當今可持續發展的路線要求。

基于上述問題，基于仿生可降解材料制備的摩擦納米發電機應運而生，如中國專利CN 112593436 A公開的一種劍麻纖維紙基摩擦納米發電機的制備方法，其使用劍麻纖維提取纖維素來制備發電機的正電極材料，原料成本低，環保性得到明顯提高，但是該發電機所用摩擦電負性材料仍為傳統材料，且制備出的成品的最大短路電流仍然比較低，輸電性能還是有賴進一步提升的；同時，該方案中公開的發電機制備步驟依舊較為繁瑣，制備效率上存在一定的不足。

發明內容

本發明的目的在于提供一種仿生可降解摩擦納米發電機及其制備方法，整體制備過程簡單，所用材料均為低成本、可降解的環保性材料，所得成品顯示了較好的電輸出性能，可用于點亮二極管進行裝飾和點綴、連接電容等儲能器件進行供能。

本發明的技術方案為：一種仿生可降解摩擦納米發電機的制備方法，具體包含如下步驟：

1)將毛竹切割成薄片狀，再將毛竹薄片切割成細條；

2)將細條狀的毛竹纖維編織成竹纖維布，作為正極摩擦材料；

3)將棉布切割成與竹纖維布對應的大小，作為負極摩擦材料；

4)在步驟2)所得竹纖維布上粘貼一層鋁膜，并引出一根導線，將其固定到一塊亞克力板上，作為摩擦納米發電機的摩擦正電極；

5)在步驟3)所得棉布上粘貼一層鋁膜，引出一根導線，固定到另一塊亞克力板上，作為摩擦納米發電機的摩擦負電極；

6)將摩擦正電極和摩擦負電極之間用彈簧連接起來并使竹纖維布和棉布的位置相對應，即完成摩擦納米發電機的制備。

進一步地，步驟1)中，所得細條狀毛竹薄片的厚度為2mm，寬度為5mm。

進一步地，步驟2)中，細條狀的毛竹纖維是利用平紋編制的方式制成竹纖維布的。