一种纤维状能量采集器件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种纤维状能量采集器件及其制备方法，采用以下步骤：往中空管中浇注聚二甲基硅氧烷溶液，然后加热固化；将固化后的二甲基硅氧烷从管中取出，在二甲基硅氧烷表面均匀涂抹一层导电纳米材料作为电极，并从一端引出铜线；在获得的电极表面涂抹二甲基硅氧烷与压电纳米材料的混合液，然后加热固化；固化后在表面涂抹一层导电纳米材料作为外电极，并从另一端引出铜线；在外电极表面涂抹一层二甲基硅氧烷溶液，加热固化后得到纤维状能量采集器件。与现有技术相比，本方法操作简单、成本低廉、重复率好。可以在拉伸形变量为100％的情况下工作，性能优良。

【技术实现步骤摘要】
一种纤维状能量采集器件及其制备方法
本专利技术涉及电极材料领域，尤其是涉及一种纤维状能量采集器件及其制备方法。
技术介绍
随着科技的发展，可穿戴电子设备越来越受到人们的关注，目前的柔性电子器件也已经涉及了众多的研究领域，例如电池、超级电容器、有机发光二极管、场效应晶体管传感器、电子皮肤等。这些器件的共同特点是可以产生比较复杂的变形，并且不会影响性能。目前，大部分的研究主要集中在二维结构的器件，受限于其尺寸和形状，在很多情况下无法应用。相比之下，一维结构的柔性器件就可以产生较大的形变，并且具有质量轻、柔性好、价格低等优点，因此受到了很大的关注，被认为是下一代多功能电子器件。对于一维柔性电子器件而言，柔性电极的制备一直是一个难题，目前，大部分制备一维柔性电极的工艺都较为复杂，并且可拉伸性能较差，或者是成本较高，不利于商业化。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种纤维状能量采集器件及其制备方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种纤维状能量采集器件的制备方法，采用以下步骤：a.往中空管中浇注聚二甲基硅氧烷溶液，然后加热固化；b.将固化后的二甲基硅氧烷从管中取出，在二甲基硅氧烷表面均匀涂抹一层导电纳米材料作为电极，并从一端引出铜线；c.在获得的电极表面涂抹二甲基硅氧烷与压电纳米材料的混合液，然后加热固化；d.固化后在表面涂抹一层导电纳米材料作为外电极，并从另一端引出铜线；e.在外电极表面涂抹一层二甲基硅氧烷溶液，加热固化后得到纤维状能量采集器件。步骤a中的聚二甲基硅氧烷溶液中含有固化剂、所述固化剂与聚二甲基硅氧烷的质量比小于0.8:10，作为优选的技术方案，固化剂与聚二甲基硅氧烷的质量比0.5:10-0.8:10；采用的中空管包括塑料吸管、中空橡胶管、一次性塑料吸管、医用乳胶管等。步骤b及步骤d中所述导电纳米材料为一维和/或二维的纳米材料。作为优选的技术方案，导电纳米材料包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯或金属纳米线。步骤c中所述压电纳米材料包括所有的压电材料，例如可以选用钛酸钡，锆钛酸铅等压电材料。作为优选的技术方案，压电纳米材料的结构为纳米线或纳米颗粒。二甲基硅氧烷与压电纳米材料的质量比为小于1:1，作为优选的技术方案二甲基硅氧烷与压电纳米材料的质量比为1:1-1:2。步骤e中的聚二甲基硅氧烷溶液中含有固化剂、所述固化剂与聚二甲基硅氧烷的质量比为1:10。各步骤中所述加热固化的温度为70-100℃，时间不小于1h。通过本方法可以制备得到的纤维状能量采集器件。与现有技术相比，本专利技术利用PDMS与固化剂不同的比例所得到的PDMS纤维的粘度不同的特点，直接将导电纳米材料涂覆在PDMS纤维的表面，该方法操作简单，成本低，无需大型设备，易于商业化。此外，在这个电极的基础上发展的纤维状能量采集器件，同样具有操作简单，成本低的优点，可以在拉伸形变量为100％的情况下工作，性能优良，并由于一维导电材料和二维导电材料可以形成很好的导电网络，保证了电极良好的拉伸性能。附图说明图1为本专利技术在拉伸状态下的电阻；图2为本专利技术的结构示意图；图3为本专利技术的横截面示意图。图中，1-聚二甲基硅氧烷管、2-导电纳米材料层、3-二甲基硅氧烷/压电纳米材料混合层、4-导电纳米材料层、5-聚二甲基硅氧烷层。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例1一种纤维状能量采集器件的制备方法，采用以下步骤：a.往中空塑料吸管中浇注聚二甲基硅氧烷溶液，然后控制温度为70-100℃，加热固化至少1h，其中，聚二甲基硅氧烷溶液中含有固化剂、所述固化剂与聚二甲基硅氧烷的质量比小于0.8:10；b.将固化后的二甲基硅氧烷从管中取出，在二甲基硅氧烷表面均匀涂抹一层单壁碳纳米管作为导电纳米材料，得到电极，并从一端引出铜线；c.在获得的电极表面涂抹二甲基硅氧烷与压电纳米材料石墨烯的混合液，二甲基硅氧烷与压电纳米材料的质量比为小于1:1，然后控制温度为70-100℃，加热固化至少1h；d.固化后在表面涂抹一层导电纳米材料多壁碳纳米管作为外电极，并从另一端引出铜线；e.在外电极表面涂抹一层二甲基硅氧烷溶液，聚二甲基硅氧烷溶液中含有固化剂、固化剂与聚二甲基硅氧烷的质量比为1:10，然后控制温度为70-100℃，加热固化至少1h得到纤维状能量采集器件。制作得到的纤维状能量采集器件的结构如图2-3所示，包括聚二甲基硅氧烷管1，包覆在聚二甲基硅氧烷管1外的导电纳米材料层2，固化包覆在导电纳米材料层2外的二甲基硅氧烷/压电纳米材料混合层3，包覆在上述混合层外的导电纳米材料层4以及包覆在最外侧的聚二甲基硅氧烷层5。图1为电极在拉伸状态下的电阻，通过沿长度方向进行拉伸，测试的单位长度电阻是指电阻与长度之比，从图1中可以看出，随着应变量的增大，电阻和电阻率都线性增大，并且变化非常均匀。实施例2一种纤维状能量采集器件的制备方法，采用以下步骤：a.往中空橡胶管中浇注聚二甲基硅氧烷溶液，聚二甲基硅氧烷溶液中含有固化剂，固化剂与聚二甲基硅氧烷的质量比0.5:10，然后控制温度为70℃加热固化不少于1h；b.将固化后的二甲基硅氧烷从管中取出，在二甲基硅氧烷表面均匀涂抹一层单壁碳纳米管作为电极，该种单壁碳纳米管为一维材料，并从一端引出铜线；c.在获得的电极表面涂抹二甲基硅氧烷与压电纳米材料钛酸钡的混合液，使用的压电纳米材料为纳米线结构，二甲基硅氧烷与压电纳米材料的质量比为1:1，然后控制温度为70℃加热固化不少于1h；d.固化后在表面涂抹一层单壁碳纳米管作为外电极，该种单壁碳纳米管为一维材料，并从另一端引出铜线；e.在外电极表面涂抹一层二甲基硅氧烷溶液，聚二甲基硅氧烷溶液中含有固化剂、固化剂与聚二甲基硅氧烷的质量比为1:10，然后控制温度为70℃加热固化不少于1h，得到纤维状能量采集器件。实施例3一种纤维状能量采集器件的制备方法，采用以下步骤：a.往医用乳胶管中浇注聚二甲基硅氧烷溶液，聚二甲基硅氧烷溶液中含有固化剂，固化剂与聚二甲基硅氧烷的质量比0.8:10，然后控制温度为100℃加热固化不少于1h；b.将固化后的二甲基硅氧烷从管中取出，在二甲基硅氧烷表面均匀涂抹一层石墨烯作为电极，该种石墨烯为二维材料，并从一端引出铜线；c.在获得的电极表面涂抹二甲基硅氧烷与压电纳米材料锆钛酸铅的混合液，使用的压电纳米材料为纳米颗粒结构，二甲基硅氧烷与压电纳米材料的质量比为1:2，然后控制温度为100℃加热固化不少于1h；d.固化后在表面涂抹一层石墨烯作为外电极，该种石墨烯为二维材料，并从另一端引出铜线；e.在外电极表面涂抹一层二甲基硅氧烷溶液，聚二甲基硅氧烷溶液中含有固化剂、固化剂与聚二甲基硅氧烷的质量比为1:10，然后控制温度为100℃加热固化不少于1h，得到纤维状能量采集器件。以上对本专利技术的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本专利技术并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本专利技术的实质内容。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纤维状能量采集器件的制备方法，其特征在于，该方法采用以下步骤：a.往中空管中浇注聚二甲基硅氧烷溶液，然后加热固化；b.将固化后的二甲基硅氧烷从管中取出，在二甲基硅氧烷表面均匀涂抹一层导电纳米材料作为电极，并从一端引出铜线；c.在获得的电极表面涂抹二甲基硅氧烷与压电纳米材料的混合液，然后加热固化；d.固化后在表面涂抹一层导电纳米材料作为外电极，并从另一端引出铜线；e.在外电极表面涂抹一层二甲基硅氧烷溶液，加热固化后得到纤维状能量采集器件。

【技术特征摘要】
1.一种纤维状能量采集器件的制备方法，其特征在于，该方法采用以下步骤：a.往中空管中浇注聚二甲基硅氧烷溶液，然后加热固化；b.将固化后的二甲基硅氧烷从管中取出，在二甲基硅氧烷表面均匀涂抹一层导电纳米材料作为电极，并从一端引出铜线；c.在获得的电极表面涂抹二甲基硅氧烷与压电纳米材料的混合液，然后加热固化；d.固化后在表面涂抹一层导电纳米材料作为外电极，并从另一端引出铜线；e.在外电极表面涂抹一层二甲基硅氧烷溶液，加热固化后得到纤维状能量采集器件。2.根据权利要求1所述的一种纤维状能量采集器件的制备方法，其特征在于，步骤a中的聚二甲基硅氧烷溶液中含有固化剂、所述固化剂与聚二甲基硅氧烷的质量比为0.5:10-0.8:10。3.根据权利要求1所述的一种纤维状能量采集器件的制备方法，其特征在于，步骤a采用的中空管包括塑料吸管或中空橡胶管。4.根据权利要求1所述的一种纤维状能量采集器件的制备方法，其特征在于，步骤b...

【专利技术属性】
技术研发人员：王英，金成超，胡海燕，陈乐，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31