发电效果改善的摩擦发电机及其制备方法技术

本发明专利技术提供了发电效果改善的摩擦发电机及其制备方法。该方法包括：（1）在粘性材料薄膜至少一侧表面涂覆纳米颗粒，得到纳米薄膜层；（2）制成摩擦发电机，其中，第一聚合物材料层，和/或第二聚合物材料层，和/或居间薄膜层由步骤（1）所得纳米薄膜层构成。本发明专利技术摩擦发电机能够有效的降低粘性材料薄膜在与光滑表面摩擦时表现出的粘性，因而能够实现两摩擦层快速分离，使摩擦发电机能够持续稳定的工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米材料领域，尤其是涉及一种应用纳米材料的摩擦发电机。
技术介绍
目前，能源问题是影响人类进步和可持续发展的重大课题之一。各种围绕新能源 开发、可重复利用再生能源的研究正在世界各地如火如荼地进行着。 采用摩擦技术构建的能量收集和转换装置，在自供电纳米系统中起关键作用。并 且，由于其具备环保、成本低、自驱动等特性，受到了广泛关注。随着王中林教授研究组研发 的压电摩擦发电机实现机械能转换为电能以来，以压电和摩擦电为基础的不同结构和材料 的摩擦发电机相继问世。目前，摩擦发电机已能够驱动小型液晶显示屏、低功率发光二极管 以及微型电子器件和模块等。 其中，柔性透明摩擦发电机一经报道就引起了人们的广泛关注。在该类摩擦发电 机的制作中，粘性材料薄膜例如聚二甲基硅氧烷（PDMS)或软质聚氯乙烯（PVC)是首选的性 能优异材料之一。其中PDMS不但具有优良的柔性，高透光率，同时还具有很好的生物相容 性，为该类摩擦发电机提供了广泛的应用空间。用于制作柔性透明摩擦发电机的PDMS在固 化成膜后具有很好的橡胶弹性和变形性，当与另一光滑面接触后会紧密吸附在该表面，同 时由于排尽了两接触面间的空气，大气压强进一步造成两摩擦面难以分离，因而直接制作 的摩擦发电机难以有较好的输出性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：克服现有柔性摩擦发电机输出性能的缺陷，提供 了一种，可以明显提高摩擦发电机的输出性能。 为了解决上述技术问题，本专利技术提供的第一技术方案，一种摩擦发电机的制备方 法，该方法包括 ： (1)在粘性材料薄膜至少一侧表面涂覆纳米颗粒，得到纳米薄膜层； (2)制成摩擦发电机， 所述摩擦发电机包括层叠设置的第一电极层，第一聚合物材料层，和第二电极层； 或者所述摩擦发电机包括层叠设置的第一电极层，第一聚合物材料层，第二聚合物材料层 和第二电极层；或者所述摩擦发电机包括层叠设置的第一电极层，第一聚合物材料层，居间 电极层，第二聚合物材料层和第二电极层；或者所述摩擦发电机包括层叠设置的第一电极 层，第一聚合物材料层，居间薄膜层，第二聚合物材料层和第二电极层； 其中，第一聚合物材料层，和/或第二聚合物材料层，和/或居间薄膜层由步骤（1) 所得纳米薄膜层构成。 前述的摩擦发电机的制备方法，所述粘性材料薄膜所用材料是聚二甲基硅氧烷(PDMS)或软质PVC。 本专利技术所述软质PVC为增塑剂添加量大于25重量份的PVC，该软质PVC可以市购 得到。 前述的摩擦发电机的制备方法，所述纳米颗粒是非金属纳米颗粒或金属纳米颗 粒。 前述的摩擦发电机的制备方法，所述纳米颗粒是纳米二氧化硅，纳米二氧化钛，纳 米氧化锌，纳米三氧化二铁，纳米氧化铝，纳米碳酸钙，纳米硫酸钡，纳米钛酸钡，纳米锡酸 钡，纳米聚苯胺，纳米碳化娃，纳米氮化娃，如下金属的纳米碳化物或纳米氮化物：Cr、Ti、V、 Zr、Mo、W;纳米金颗粒，纳米银颗粒，纳米Ag-Cu合金颗粒，或纳米Au-Cu合金颗粒。 前述的摩擦发电机的制备方法，将纳米颗粒的固体粉末涂覆在粘性材料薄膜的至 少一侧表面上。 前述的摩擦发电机的制备方法，将纳米颗粒分散在有机溶剂中，得到浆料，然后将 浆料涂覆在粘性材料薄膜的至少一侧表面上。 前述的摩擦发电机的制备方法，所述有机溶剂是乙醇，异丙醇，丙酮或正己烷。 前述的摩擦发电机的制备方法，所述纳米颗粒的涂覆量为每平米粘性材料薄膜表 面涂覆 〇·Olg-O. 5g。 前述的摩擦发电机的制备方法，所述纳米颗粒的涂覆量为每平米粘性材料薄膜表 面涂覆 〇.Olg-O.lg。 前述的摩擦发电机的制备方法,所述纳米颗粒粒径为5nm-800nm。 本专利技术提供的第二技术方案，一种摩擦发电机，包括层叠设置的第一电极层，第一 聚合物材料层，和第二电极层，其中第一聚合物材料层所用材料是在粘性材料薄膜一侧表 面涂覆纳米颗粒得到的纳米薄膜层，所述纳米薄膜层的涂覆纳米颗粒的侧表面相对第二电 极层设置。 前述的摩擦发电机，所述粘性材料薄膜所用材料是聚二甲基硅氧烷（PDMS)或软质 PVC。 前述的摩擦发电机，所述纳米颗粒是非金属纳米颗粒或金属纳米颗粒。 前述的摩擦发电机，所述纳米颗粒是纳米二氧化硅，纳米二氧化钛，纳米氧化锌， 纳米三氧化二铁，纳米氧化铝，纳米碳酸钙，纳米硫酸钡，纳米钛酸钡，纳米锡酸钡，纳米聚 苯胺，纳米碳化娃，纳米氮化娃，如下金属的纳米碳化物或纳米氮化物：Cr、Ti、V、Zr、Mo、W; 纳米金颗粒，纳米银颗粒，纳米Ag-Cu合金颗粒，或纳米Au-Cu合金颗粒。 前述的摩擦发电机，将纳米颗粒的固体粉末涂覆在粘性材料薄膜的至少一侧表面 上，得到纳米薄膜层。 前述的摩擦发电机，将纳米颗粒分散在有机溶剂中，得到浆料，然后将浆料涂覆在 粘性材料薄膜的至少一侧表面上，得到纳米薄膜层。 前述的摩擦发电机，所述纳米颗粒的涂覆量为每平米粘性材料薄膜表面涂覆 0.Olg-O. 5g〇 前述的摩擦发电机，所述纳米颗粒的涂覆量为每平米粘性材料薄膜表面涂覆 0.Olg-O.Ig0 前述的摩擦发电机，所述纳米颗粒粒径为5nm-800nm。 前述的摩擦发电机，第一电极层所用材料是铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜、金 属或合金，其中金属是金、银、钼、钯、铝、镍、铜、钛、铬、锡、铁、锰、钥、钨或钒；合金是铝合 金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、猛合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、秘合 金、铟合金、镓合金、鹤合金、钥合金、银合金或钽合金； 第二电极层所用材料是金属或合金，其中金属可以是金、银、钼、钯、铝、镍、铜、钛、 铬、锡、铁、猛、钥、鹤或钥;；合金可以是错合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、猛 合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、秘合金、铟合金、镓合金、鹤合金、钥合金、银合金或 钽合金。 本专利技术提供的第三技术方案，一种摩擦发电机，包括层叠设置的第一电极层，第一 聚合物材料层，第二聚合物材料层和第二电极层，其中，第一聚合物材料层和第二聚合物材 料层中的至少一层所用材料是在粘性材料薄膜一侧表面涂覆纳米颗粒得到的纳米薄膜层。 前述的摩擦发电机，所述粘性材料薄膜所用材料是聚二甲基硅氧烷（PDMS)或软质PVC。 前述的摩擦发电机，所述纳米颗粒是非金属纳米颗粒或金属纳米颗粒。 前述的摩擦发电机，所述纳米颗粒是纳米二氧化硅，纳米二氧化钛，纳米氧化锌， 纳米三氧化二铁，纳米氧化铝，纳米碳酸钙，纳米硫酸钡，纳米钛酸钡，纳米锡酸钡，纳米聚 苯胺，纳米碳化娃，纳米氮化娃，如下金属的纳米碳化物或纳米氮化物：Cr、Ti、V、Zr、Mo、W; 纳米金颗粒，纳米银颗粒，纳米Ag-Cu合金颗粒，或纳米Au-Cu合金颗粒。 前述的摩擦发电机，将纳米颗粒的固体粉末涂覆在粘性材料薄膜的至少一侧表面 上，得到纳米薄膜层。 前述的摩擦发电机，将纳米颗粒分散在有机溶剂中，得到浆料，然后将浆料涂覆在 粘性材料薄膜的至少一侧表面上，得到纳米薄膜层。 前述的摩擦发电机，所述纳米颗粒的涂覆量为每平米粘性材料薄膜表面涂覆 0.Olg-O. 5g〇 前述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种摩擦发电机的制备方法，该方法包括：（1）在粘性材料薄膜至少一侧表面涂覆纳米颗粒，得到纳米薄膜层；（2）制成摩擦发电机，所述摩擦发电机包括层叠设置的第一电极层，第一聚合物材料层，和第二电极层；或者所述摩擦发电机包括层叠设置的第一电极层，第一聚合物材料层，第二聚合物材料层和第二电极层；或者所述摩擦发电机包括层叠设置的第一电极层，第一聚合物材料层，居间电极层，第二聚合物材料层和第二电极层；或者所述摩擦发电机包括层叠设置的第一电极层，第一聚合物材料层，居间薄膜层，第二聚合物材料层和第二电极层；其中，第一聚合物材料层，和/或第二聚合物材料层，和/或居间薄膜层由步骤（1）所得纳米薄膜层构成。

【技术特征摘要】
1. 一种摩擦发电机的制备方法，该方法包括： (1) 在粘性材料薄膜至少一侧表面涂覆纳米颗粒，得到纳米薄膜层； (2) 制成摩擦发电机， 所述摩擦发电机包括层叠设置的第一电极层，第一聚合物材料层，和第二电极层；或者 所述摩擦发电机包括层叠设置的第一电极层，第一聚合物材料层，第二聚合物材料层和第 二电极层；或者所述摩擦发电机包括层叠设置的第一电极层，第一聚合物材料层，居间电极 层，第二聚合物材料层和第二电极层；或者所述摩擦发电机包括层叠设置的第一电极层，第 一聚合物材料层，居间薄膜层，第二聚合物材料层和第二电极层； 其中，第一聚合物材料层，和/或第二聚合物材料层，和/或居间薄膜层由步骤（1)所 得纳米薄膜层构成。2. 根据权利要求1所述的摩擦发电机的制备方法，其特征在于，所述粘性材料薄膜所 用材料是聚二甲基硅氧烷或软质聚氯乙烯。3. 根据权利要求1或2所述的摩擦发电机的制备方法，其特征在于，所述纳米颗粒是非 金属纳米颗粒或金属纳米颗粒。4. 根据权利要求3所述的摩擦发电机的制备方法，其特征在于，所述纳米颗粒是纳米 二氧化娃，纳米二氧化钛，纳米氧化锌，纳米三氧化二铁，纳米氧化错，纳米碳酸興，纳米硫 酸钡，纳米钛酸钡，纳米锡酸钡，纳米聚苯胺，纳米碳化娃，纳米氮化娃，如下金属的纳米碳 化物或纳米氮化物：Cr、Ti、V、Zr、Mo、W ;纳米金颗粒，纳米银颗粒，纳米Ag-Cu合金颗粒，或 纳米Au-Cu合金颗粒。5. 根据权利要求3或4所述的摩擦发电机的制备方法，其特征在于，将纳米颗粒的固体 粉末涂覆在粘性材料薄膜的至少一侧表面上。6. 根据权利要求3或4所述的摩擦发电机的制备方法，其特征在于，将纳米颗粒分散在 有机溶剂中，得到浆料，然后将浆料涂覆在粘性材料薄膜的至少一侧表面上。7. 根据权利要求6所述的摩擦发电机的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂是乙醇， 异丙醇，丙酮或正己烷。8. 根据权利要求3-7任一项所述的摩擦发电机的制备方法，其特征在于，所述纳米颗 粒的涂覆量为每平米粘性材料薄膜表面涂覆〇. 〇lg-〇. 5g。9. 根据权利要求8所述的摩擦发电机的制备方法，其特征在于，所述纳米颗粒的涂覆 量为每平米粘性材料薄膜表面涂覆〇. 〇lg-〇. lg。10. 根据权利要求8或9所述的摩擦发电机的制备方法，其特征在于，所述纳米颗粒粒 径为 5nm-800nm。11. 一种摩擦发电机，其特征在于，包括层叠设置的第一电极层，第一聚合物材料层，和 第二电极层，其中第一聚合物材料层所用材料是在粘性材料薄膜一侧表面涂覆纳米颗粒得 到的纳米薄膜层，所述纳米薄膜层的涂覆纳米颗粒的侧表面相对第二电极层设置。12. 根据权利要求11所述的摩擦发电机，其特征在于，所述粘性材料薄膜所用材料是 聚二甲基硅氧烷或软质聚氯乙烯。13. 根据权利要求11或12所述的摩擦发电机，其特征在于，所述纳米颗粒是非金属纳 米颗粒或金属纳米颗粒。14. 根据权利要求13所述的摩擦发电机，其特征在于，所述纳米颗粒是纳米二氧化硅， 纳米二氧化钛，纳米氧化锌，纳米三氧化二铁，纳米氧化错，纳米碳酸興，纳米硫酸钡，纳米 钛酸钡，纳米锡酸钡，纳米聚苯胺，纳米碳化娃，纳米氮化娃，如下金属的纳米碳化物或纳米 氮化物：Cr、Ti、V、Zr、Mo、W ;纳米金颗粒，纳米银颗粒，纳米Ag-Cu合金颗粒，或纳米Au-Cu 合金颗粒。15. 根据权利要求11-14任一项所述的摩擦发电机的制备方法，其特征在于，将纳米颗 粒的固体粉末涂覆在粘性材料薄膜的至少一侧表面上，得到纳米薄膜层。16. 根据权利要求11-14任一项所述的摩擦发电机的制备方法，其特征在于，将纳米颗 粒分散在有机溶剂中，得到浆料，然后将浆料涂覆在粘性材料薄膜的至少一侧表面上，得到 纳米薄膜层。17. 根据权利要求15或16所述的摩擦发电机，其特征在于，所述纳米颗粒的涂覆量为 每平米粘性材料薄膜表面涂覆〇. 〇lg-〇. 5g。18. 根据权利要求15或16所述的摩擦发电机，其特征在于，所述纳米颗粒的涂覆量为 每平米粘性材料薄膜表面涂覆0. 01g-0. lg。19. 根据权利要求17或18所述的摩擦发电机，其特征在于，所述纳米颗粒粒径为 5nm-800nm〇20. 根据权利要求11-19任一项所述的摩擦发电机，其特征在于，第一电极层所用材料 是铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜、金属或合金，其中金属是金、银、钼、钯、铝、镍、铜、钛、 铬、锡、铁、猛、钥、鹤或钥;；合金是错合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、猛合金、 镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、秘合金、铟合金、镓合金、鹤合金、钥合金、银合金或钽合 金； 第二电极层所用材料是金属或合金，其中金属可以是金、银、钼、钯、铝、镍、铜、钛、铬、 锡、铁、猛、钥、鹤或钥;；合金可以是错合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、猛合 金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、秘合金、铟合金、镓合金、鹤合金、钥合金、银合金或钽 合金。21. -种摩擦发电机，其特征在于，包括层叠设置的第一电极层，第一聚合物材料层，第 二聚合物材料层和第二电极层，其中，第一聚合物材料层和第二聚合物材料层中的至少一 层所用材料是在粘性材料薄膜一侧表面涂覆纳米颗粒得到的纳米薄膜层。22. 根据权利要求21所述的摩擦发电机，其特征在于，所述粘性材料薄膜所用材料是 聚二甲基硅氧烷或软质聚氯乙烯。23. 根据权利要求21或22所述的摩擦发电机，其特征在于，所述纳米颗粒是非金属纳 米颗粒或金属纳米颗粒。24. 根据权利要求23所述的摩擦发电机，其特征在于，所述纳米颗粒是纳米二氧化硅， 纳米二氧化钛，纳米氧化锌，纳米三氧化二铁，纳米氧化错，纳米碳酸興，纳米硫酸钡，钛酸 钡，锡酸钡，聚苯胺，碳化娃，氮化娃，如下金属的纳米碳化物或纳米氮化物：Cr、Ti、V、Zr、 Mo、W ;纳米金颗粒，纳米银颗粒，纳米Ag-Cu合...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙利佳，丁超，王竹，赵豪，
申请(专利权)人：纳米新能源唐山有限责任公司，
类型：发明
国别省市：河北;13