一种基于有机压电材料与压电陶瓷颗粒的复合纳米压电发电机，属于纳米发电机制备领域。本发明专利技术旨在提出并建立一种快速、均匀、低成本和高输出的纳米发电机薄膜的方法。其特征在于：高压电系数的纳米（或亚微米）压电颗粒具有高的压电性能，作为基体的有机压电材料不但本身具有压电性能，并且它的溶液具有地粘稠性能够将压电颗粒均匀的分散在其中，同时具有良好的机械性能。将二者的优势结合起来，制备出颗粒分布均匀的柔性的压电薄膜，这种薄膜通过高压极化可以获得高输出的压电纳米发电机。本发明专利技术具备结构简单、成本低廉、制备快速，柔韧性好和高输出的特点。所得纳米发电机可应用于纳米发电领域、力电传感器、驱动LED等，具有很高的应用价值。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种基于有机压电材料与压电陶瓷颗粒的复合纳米压电发电机，属于纳米发电机制备领域。本专利技术旨在提出并建立一种快速、均匀、低成本和高输出的纳米发电机薄膜的方法。其特征在于：高压电系数的纳米（或亚微米）压电颗粒具有高的压电性能，作为基体的有机压电材料不但本身具有压电性能，并且它的溶液具有地粘稠性能够将压电颗粒均匀的分散在其中，同时具有良好的机械性能。将二者的优势结合起来，制备出颗粒分布均匀的柔性的压电薄膜，这种薄膜通过高压极化可以获得高输出的压电纳米发电机。本专利技术具备结构简单、成本低廉、制备快速，柔韧性好和高输出的特点。所得纳米发电机可应用于纳米发电领域、力电传感器、驱动LED等，具有很高的应用价值。【专利说明】-种复合纳米压电发电机的制备方法
本专利技术属于复合纳米发电制备领域，涉及一种基于有机压电材料与压电陶瓷颗粒 的复合纳米压电发电机的制备方法，属于纳米发电机制备领域。
技术介绍
近几年纳米发电机在纳米领域广泛应用，纳米发电机通过压电效应即由材料中的 力学形变而导致的电荷极化的效应，在纳米尺度范围内将机械能转换成电能，实现力电耦 合和传感的重要过程。并且可以整合纳米器件，实现真正意义上的纳米系统，可以收集机械 能、震动能、流体能量，并将这些能量转化为电能提供给纳米器件，纳米发电机产生的电能 足够让纳米器件或纳米机器人实现能量自供。纳米发电机在生物医学、军事、无线通信和无 线传感等领域将有广泛的应用前景。纳米发电机有很多种，例如纳米线发电机，氧化锌纳米 阵列发电机，纳米薄膜发电机。然而对于单一的压电陶瓷材料，没有很好地柔韧性，当受到 拍打或是弯曲时，容易断裂，不能获得稳定输出的发电机。 为了妥善解决上述问题，利用纳米复合发电机应运而生。所谓复合纳米发电机就 是将纳米材料与具有很好柔韧性的有机材料复合，然后通过干燥获得均匀平整的纳米薄 膜。这种薄膜不但拥有纳米压电材料的高的压电性能，同时具有有机材料的高的机械性能， 能够随意的弯曲而不发生断裂。 目前较为常见的纳米复合发电机多使用聚二甲基硅氧烷（PDMS)作为基体。 H. Sun, H. Tian，Y. Yang, D. Xie，Y. C. Zhang, X. Liu, S. Ma，Η. M. Zhao, T. L. Ren, Nanoscale, 5 (2013) 6117-6123, K.-I. Park, C. K. Jeong, J. Ryu, G.-T. Hwang, K. J. Lee, Advanced Energy Materials, 3 (2013) 1539-1544, K. I. Park, M. Lee, Y. Liu, S. Moon, G. T. Hwang, G. Zhu，J. E. Kim, S. 0. Kim, K. Kim do, Z. L. Wang, K. J. Lee, Advanced materials, 24 (2012) 2999-3004, 2937, S. Xu, Y. W. Yeh， G. Poirier, M. C. McAlpine, R. A. Register, N. Yao, Nano letters, 13 (2013) 2393-2398. PDMS/钛酸钡纳米颗粒复合纳米发电机：王中林小组在柔性Kapton薄 膜基底上热蒸镀一层lOnmCr和lOOmnAu作为柔性电极，并在上面旋涂一层PDMS在85°C干 燥lOmin。利用钛酸钡纳米颗粒与PDMS混合，并添加碳纳米管磁力搅拌后将所得溶液旋涂 在上述柔性电极上，并在上面再贴一层对称电极在85°C干燥5min。将器件放在100KV/cm 高压下极化20小时。获得复合纳米发电机。碳纳米管的加入使钛酸钡纳米颗粒均匀分布， 同时增加薄膜的导电性能。 PDMS/锫钛酸铅纳米颗粒/碳纳米管复合纳米发电机：Keon Jae Lee小组将碳 纳米管及锆钛酸铅纳米颗粒放入到PDMS中，将混合溶液旋涂在涂有PDMS的硅片上，固化后 将薄膜从硅片上接下转移到溅射有ΙΤ0的PET柔性基底上，然后在薄膜的上表面在粘一层 ΡΕΤ/ΙΤ0基底。最后这个器件在0. 5KV到2KV极化12小时。 PDMS/银酸锂纳米线复合纳米发电机：Jong Hoon Jung小组在PS基底上热蒸镀 一层25cmAu和lOnmCr作为柔性电极。将铌酸锂纳米线分散在PDMS中。利用旋涂法将混 合溶液旋涂在柔性电极上，在混合溶液上再粘一层Au/Cr/PS基底作为电极。干燥后将器件 在100KV/cm电压下极化获得一个复合纳米发电机。 PDMS/氧化锌纳米颗粒/碳纳米管复合纳米发电机：Tian-Ling Ren小组将碳纳 米管及氧化锌纳米颗粒放入到PDMS中，将混合溶液旋涂在溅射有ΙΤ0薄膜的PET基底上， 然后在混合液体表面也放上一层ΡΕΤ/ΙΤ0薄膜作为电极。将上述器件放入干燥箱干燥，获 得三明治结构的纳米发电机。 在之前的报道中，纳米复合发电机所用的有机基体是聚二甲基硅氧烷（PDMS)，但 是，虽然它具有很好的柔韧性，它没有压电性能，同时，由于它的粘稠性，使纳米材料与PDMS 混合时，纳米材料并不能很好的分散在其中，会造成纳米材料的团聚，使制备出的纳米薄膜 输出并不高。所以，为了解决这一问题，我们采用具有压电性能的并且具有很好柔韧性的聚 合压电材料(但不限于)PVDF与P (VDF-HFP)作为基体，同时由于它的溶液具有较低的粘度， 能够使颗粒材料均匀分散在其中，通过真空静置干燥后，形成一种均匀稳定的压电薄膜，基 于这种薄膜构建一个复合纳米发电机。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决传统纳米复合发电机所用的有机基体是聚二甲基硅氧烷 (PDMS)没有压电性能，同时，由于它的粘稠性，使纳米材料与PDMS混合时，纳米材料并不能 很好的分散在其中，会造成纳米材料的团聚，使制备出的纳米薄膜输出并不高的问题，提出 了一种基于有机压电材料和压电颗粒的复合纳米压电发电机的制备方法。 ，其特征在于：将纳米压电颗粒和有机压电 材料结合起来，制备出颗粒分布均匀的柔性的压电薄膜，通过高压极化获得高输出的压电 纳米发电机，纳米压电颗粒具有高的压电性能，作为基体的有机压电材料不但本身具有压 电性能，并且它的溶液具有地粘稠性能够将压电颗粒均匀的分散在其中，同时具有良好的 机械性能，具体步骤如下： (1)制备聚合压电有机溶剂：用天平称量包括(但不限于）PVDF或P (VDF-HFP)颗粒放 入洗干净的圆底烧瓶中，用量筒量取氮甲基吡咯烷酮（NMP )有机溶剂倒入圆底烧瓶中，在烧 瓶中放入转子，将烧瓶放在磁力搅拌水浴锅中，调节温度到45°C，转速为3000r/min。持续 搅拌12小时，获得溶解充分的PVDF或P (VDF-HFP)有机溶剂。制备过程如图1-1到1-4。 (2)基底清洗与制备混合溶液：载玻片基底经丙酮、乙醇、异丙醇、和去离子水超声 清洗后，氮气吹干；按照有机压电材料与压电陶瓷颗粒质量比为3:1、2 :1、1:1、1:2、1:3等 比例进行混合。量取PVDF或P (VDF-HFP)有机溶液放入洗净的烧杯中，用天本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种复合纳米压电发电机的制备方法，其特征在于：将纳米压电颗粒和有机压电材料结合起来，制备出颗粒分布均匀的柔性的压电薄膜，通过高压极化获得高输出的压电纳米发电机，纳米压电颗粒具有高的压电性能，作为基体的有机压电材料不但本身具有压电性能，并且它的溶液具有地粘稠性能够将压电颗粒均匀的分散在其中，同时具有良好的机械性能，具体步骤如下：（1）将有机压电材料包括PVDF或P（VDF‑HFP）溶于氮甲基吡咯烷酮有机溶液中制备基体溶液；（2）基片清洗与将压电颗粒分散在上述基体溶液中，充分混合搅拌，制备混合均匀的压电聚合物/压电纳米或亚微米颗粒混合溶液；（3）将步骤（2）所述混合溶液滴在基片上，放置在真空干燥箱中，真空静置干燥，获得厚度均匀的复合纳米薄膜；（4）将步骤（3）所述复合纳米薄膜两侧粘贴PET/ITO电极构建纳米复合压电薄膜；（5）对纳米复合压电薄膜进行高压极化，使压电颗粒中的电畴取向一致，得到具有压电性能的复合纳米压电发电机。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张跃，赵颖利，廖庆亮，张光杰，张铮，梁齐杰，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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