摩擦发电机的电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种摩擦发电机的电极及其制备方法，所述摩擦发电机的电极包括多孔电极层和聚合物层，所述多孔电极层与聚合物层相互嵌合，形成部分嵌合体或完全嵌合体。该摩擦发电机电极的制备方法包括以下步骤：(1)在具有微结构的模板表面刷涂一层聚合物层，并进行除气处理；(2)将表面平整的多孔电极层裁切成目标尺寸；(3)将多孔电极层贴合在聚合物层表面，并进行固化处理；(4)从模板表面将聚合物/电极复合膜起膜。本发明专利技术的摩擦发电机电极不仅增加了电极的牢固程度，使其不容易脱落，而且提高了使用该电极的摩擦发电机的柔韧性和发电性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种摩擦发电机的电极，尤其涉及一种摩擦发电机的电极设置方式及电极的制备方法。
技术介绍
采用纳米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，由于其环保、节能、自驱动性质而日益受到广泛关注。随着王中林教授研究组研发的压电纳米发电机首次将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纳米发电机相继问世。但现有的摩擦发电机中电极层与摩擦层为层叠设置结构，即两层材料为平面结构，多采用溅射金属薄层、粘贴导电层或刷涂导电层等，所制备的摩擦发电机电极与摩擦层接触不牢固。另外，由于摩擦发电机的摩擦层与电极层为平面接触，发电效率较低。因此，需要寻找一种新型的摩擦发电机电极设置方式，以增强电极的牢固程度，提高摩擦发电机的发电性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是:克服现有摩擦发电机电极与摩擦层接触不牢固、发电效率低的缺陷，提供了一种摩擦发电机的电极，能够增加电极的牢固程度，并提高摩擦发电机的发电性能和柔韧性。为解决上述技术问题，本专利技术提供的第一技术方案为一种摩擦发电机的电极，具体为:—种摩擦发电机的电极，所述摩擦发电机电极包括多孔电极层和聚合物层，所述多孔电极层与所述聚合物层相互嵌合，形成嵌合体。前述的摩擦发电机的电极，所述嵌合为部分嵌合，即多孔电极层的一部分与聚合物层的一部分相互嵌合，形成部分嵌合体。前述的摩擦发电机的电极，所述嵌合为完全嵌合，即全部多孔电极层与全部聚合物层相互嵌合，形成完全嵌合体。前述的摩擦发电机的电极，所述多孔电极层为多孔金属或其复合多孔体，优选泡沫镍、泡沫铜、泡沫铝、多孔铁、多孔铜或其复合多孔体中的一种。本专利技术提供的第二技术方案为一种摩擦发电机电极的制备方法，具体为:—种摩擦发电机电极的制备方法，该方法包括以下步骤:(1)在具有微结构的模板表面刷涂第一聚合物层，并进行除气处理；(2)将表面平整的多孔电极层裁切成目标尺寸；(3)将多孔电极层贴合在聚合物层表面，并进行固化处理；(4)从模板表面将聚合物层/电极层复合膜起膜。前述的摩擦发电机电极的制备方法，所述步骤(2)中，对多孔电极层进行压平处理，使其厚度达到目标厚度。前述的摩擦发电机电极的制备方法，所述步骤(3)中的聚合物层为经过固化处理的聚合物层，优选在贴合多孔电极层之前，在已固化的聚合物层表面刷涂第二聚合物层。前述的摩擦发电机电极的制备方法，所述步骤(3)后还包括步骤(5)在多孔电极层表面刷涂第三聚合物层，并进行除气和固化处理。前述的摩擦发电机电极的制备方法，所述步骤(3)中的聚合物层为经过半固化处理的聚合物层。前述的摩擦发电机的电极的制备方法，所述步骤(3)后还包括步骤(6)在多孔电极层表面刷涂第二聚合物层，并进行除气和固化处理。前述的摩擦发电机电极的制备方法，所述步骤(3)中的聚合物层为没有经过固化处理的聚合物层，优选在聚合物层表面上贴合多孔电极层后静置1?lOmin。与现有的摩擦发电机的电极设置相比，本专利技术的摩擦发电机的电极设置方式具有以下优点:1)本专利技术摩擦发电机的电极设置方式增强了电极的牢固程度，使其不容易脱落。2)本专利技术摩擦发电机的电极设置方式提高了摩擦发电机的发电性能。3)本专利技术摩擦发电机的电极设置方式提高了摩擦发电机的柔韧性。【附图说明】图1是本专利技术摩擦发电机电极的一个【具体实施方式】的结构示意图。图2是本专利技术摩擦发电机电极的另一个【具体实施方式】的结构示意图。图3是本专利技术摩擦发电机电极的嵌合体的截面图。图4是本专利技术摩擦发电机电极的制备工艺流程图。【具体实施方式】为了更好的了解本专利技术的目的、结构及功能，下面结合附图，对本专利技术的一种摩擦发电机的电极设置及其制备方法做进一步详细的描述。本专利技术的摩擦发电机的电极包括多孔电极层和聚合物层，多孔电极层与聚合物层相互嵌合，形成嵌合体。其中，多孔电极层是具有泡沫状结构或海绵状结构的多孔金属或其复合多孔体，例如可以是市售的泡沫镍、泡沫铜、泡沫铝、多孔铁、多孔铜或其复合多孔体中的至少一种。其中，聚合物层可以是市售的热塑性或者热固性高分子材料，例如可以是市购的PDMS (聚二甲基硅氧烷)、甲基乙烯基硅橡胶、氟硅橡胶、酚醛树脂或硫化橡胶。图1是本专利技术摩擦发电机电极的一个【具体实施方式】的结构示意图。如图1所示，本专利技术的摩擦发电机的电极包括多孔电极层1和聚合物层2，多孔电极层1的一部分与聚合物层2的一部分相互嵌合，形成部分嵌合体，多孔电极层1的另一部分和聚合物层2的另一部分均裸露在外。图2是本专利技术摩擦发电机电极的另一个【具体实施方式】的结构示意图。如图2所示，本专利技术的摩擦发电机的电极包括多孔电极层与聚合物层，多孔电极层和聚合物层嵌合形成的完全嵌合体。图3是本专利技术摩擦发电机电极的嵌合体的截面图。如图3所示，在嵌合体中，多孔电极层与聚合物层相互嵌合，聚合物22包覆多孔电极11，且聚合物22进入多孔电极11的微孔中。如图1、图2和图3所示，本专利技术的摩擦发电机的电极设置方式，多孔金属或其复合多孔体整体作为摩擦发电机的电极层并与聚合物层形成良好的结合，一方面增加了电极的牢固程度，使其不容易脱落，另一方面，与平板状电极层相比，由于电极的多孔结构，具有比较大的比表面积，与聚合物层形成更大的接触面积，能够感应更多的电荷；在多孔电极层为泡沫镍的一个【具体实施方式】中，摩擦发电机的发电性能提高了约30%。另外，由于多孔金属本身的多孔结构，使本专利技术的摩擦发电机的电极设置方式比平板结构具有更好的柔韧性，增加了摩擦发电机的整体柔性。本专利技术所述结构的电极可以应用于三层(聚合物和摩擦电极的摩擦)、四层(聚合物和聚合物的摩擦)、五层(居间薄膜摩擦发电机和居间电极发摩擦电机)、弹簧、拱形、金属氧化物和聚合物等纳米摩擦发电机的结构中。另一方面，如图4所示，本专利技术的摩擦发电机电极的制备方法，包括以下步骤:(1)在具有微结构的模板表面刷涂第一聚合物层，并进行除气处理；其中，所述模板是本领域常规使用的具有微结构的模板，例如可以是硅模板、玻璃、金属、有机玻璃等；所述微结构为微纳凹凸结构，凸起高度为50?3000nm的凹凸结构；所述除气处理通过抽真空进行。本专利技术所用聚合物可以是市售的热塑性或者热固性高分子材料，例如可以是市购的PDMS (聚二甲基硅氧烷)、甲基乙烯基硅橡胶、氟硅橡胶、酚醛树脂或硫化橡胶。所述聚合物层是将高分子材料和固化剂混匀后得到的浆料，或者是将高分子材料和固化剂混匀后溶于有机溶剂中配成的浆料，根据选择的高分子材料类型，选择合适的固化剂类型和有机溶剂类型。高分子材料可以是PDMS ;将PDMS与固化剂混合均匀后溶于有机溶剂中，搅拌搅拌均匀，配成浆料；所述有机溶剂为正己烷、环己烷、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯或乙酸丁酯；优选PDMS浆料中固体(混合物)与有机溶剂的质量比为1:20 ;所述固化剂为硫化剂，如市购的道康宁184，此时高分子材料与固化剂的重量比为5:1?20:1，优选10:1 ;固化温度为60?120°C ;优选在搅拌过程中可以伴随加热。高分子材料PDMS本身是液态的，也可以不需要使用有机溶剂，仅将固化剂添加到高分子材料中即可，高分子材料与固化剂的重量比为5:1?20:1，优选10:1。同样地，高分子材料也可以是液态的酚醛树脂，包括苯酚醛树脂、甲醛树脂；固化剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种摩擦发电机的电极，其特征在于，所述摩擦发电机电极包括多孔电极层和聚合物层，所述多孔电极层与所述聚合物层相互嵌合，形成嵌合体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王珊，付晓玥，王小雄，冯顺，赵豪，
申请(专利权)人：纳智源科技唐山有限责任公司，
类型：发明
国别省市：河北;13