一种完全可循环使用摩擦发电机及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种完全可循环使用摩擦发电机及其制备方法，完全可循环使用摩擦发电机包括基底部分，电极部分和功能薄膜层部分。通过选择水溶性的材料作为功能薄膜层，金属电极和基底实现整个器件的完全溶解，溶解之后的溶液还可以继续成膜，已达到完全可重复利用的目的。循环利用之前，发电机可以正常的工作，循环利用之后发电机的输出、溶解时间等性能不会降低，且依然可以发挥正常的功能，包括收集生活环境中的机械能，以及作为运动传感器件监测人体运动，机械振动等活动。本完全可循环使用摩擦发电机具有制备简单、成本低、溶解产物无毒无害、零浪费等等优点，在发电机的未来的实际应用以及服役后处理中具有很大的前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要属于微纳能源、循环经济领域，具体涉及一种完全可循环使用摩擦发电机及其制备方法。
技术介绍
现代社会的发展越来越离不开大量电子器件的快速发展。小型化、低能耗、智能化、多功能化是电子器件发展的一些趋势，为这些电子器件的供能成为了一个热门的研究领域。而从环境中俘获能量为这些电子器件供能在电子器件功耗越来越低的背景下变得尤为吸引人。这也是自驱动系统概念提出的背景。摩擦纳米发电机在2012年被专利技术出以后，由于其效率高、成本低、材料可选范围大、易于大规模制备、易植入等特点而得到了迅速的发展。摩擦纳米发电机在收集生活环境中的能量以及作为传感器件方面表现出了优异的性能。人体运动、机械振动、声波和风能均可以被摩擦纳米发电机高效的收集。随着电子设备的大量应用，现代社会的电子垃圾问题越发成为了一个不得不重视的问题。每年数以百万吨的电子垃圾的后期处理成为了令人头疼的问题，由于在处理这些电子垃圾的过程中会释放一些污染物，进而对环境造成了严重的污染。摩擦发电机在其未来大量应用之后也会遇到后期处理的问题。针对上述问题，亟需设计出一种可重复利用的发电机，在摩擦发电机完成服役之后还可以重新用来制备新的摩擦发电机，达到完全可重复利用的目的。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种完全可循环使用摩擦发电机及其制备方法，本专利技术选择制作功能薄膜层、电极层以及基底层的材料均可以溶于碱性溶液，当本专利技术所述摩擦发电机服役完成后，或者损伤之后可以收集起来，使用碱性溶液溶解使其完全溶解，溶解之后的溶液还可以继续成膜，已达到完全可重复利用的目的。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种完全可循环使用摩擦发电机的制备方法，所述制备方法首先采用水溶性有机材料来制备功能薄膜层，通过蒸镀在所述功能薄膜层的一侧表面形成电极层，再利用上述水溶性有机材料来制备基底层，然后将所述基底层以及镀有电极层的功能薄膜层进行组装，组装时将所述功能薄膜未镀有电极层一侧表面朝外，最后将电极层连接导线，制备得到完全可循环使用摩擦发电机。进一步地，所述功能薄膜层的厚度为50-100微米，所述基底层的厚度为200-300微米，所述电极层的厚度为200-300纳米。进一步地，所述制备方法具体包括如下步骤：1)制备可溶性有机材料溶胶：以去离子水为溶剂，以可溶性有机材料为溶质，配置获得质量浓度为2-4％的可溶性有机材料溶胶；2)制备功能薄膜层：将所述可溶性有机材料溶胶倒入培养皿中进行水分蒸发，控制导入培养皿中的溶胶的量以得到厚度为50-100微米的有机薄膜，即为所述功能薄膜层；3)蒸镀电极层：使用热蒸镀镀膜机，通过蒸镀在所述功能薄膜
层的一侧表面形成电极层，所述电极层的厚度为200-300纳米；4)制备基底层：将步骤1)配置的所述可溶性有机材料溶胶倒入培养皿中进行水分蒸发，控制导入培养皿中的溶胶的量以得到厚度为200-300微米的有机薄膜，即为所述基底层；5)组装：将上述步骤制备获得的所述基底层以及镀有电极层的功能薄膜层进行组装，组装时将所述功能薄膜未镀有电极层一侧表面朝外；将电极层连接导线，制备得到完全可循环使用的摩擦发电机。6)服役完成后或者损伤后摩擦电机的循环使用步骤：当步骤5)制备获得的所述摩擦发电机服役完成后或者损伤之后，能够用于制备获得新的摩擦发电机。进一步地，在步骤1)以及步骤3)中制备功能薄膜层和基底层所采用的水溶性有机材料为同一种，所述水溶性有机材料为海藻酸钠、聚乙烯醇、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚乙酸内酯或米纸中的任意一种。进一步地，在步骤2)蒸镀电极层中，所述电极层的组分为锂、纳、钾、钙、镁、钡、铝、铜、金、铂或钛中的任意一种。进一步地，步骤6)中，利用服役完成后或者损伤之后的摩擦发电机制备新摩擦发电机具体为：收集服役之后或者损坏的摩擦发电机，用碱性溶液将其溶解，溶解后获得的的溶液用作为步骤1)中所述可溶性有机材料溶胶；接着按照步骤2)-5)进行，制备获得新的摩擦纳米发电机；所述碱性溶液为LiOH溶液、NaOH溶液、KOH溶液、Ca(OH)2溶液或Ba(OH)溶液中的任意一种。一种完全可循环使用摩擦发电机，根据所述一种完全可循环使用摩擦发电机的制备方法制备获得，其特征在于，所述摩擦发电机包括：功能薄膜层、电极层以及基底层；所述功能薄膜层以及所述基底层采用水溶性有机材料制备获得，所述摩擦发电机能够溶于碱性溶液。进一步地，制备功能薄膜层和基底层所采用的水溶性有机材料为同一种，所述水溶性有机材料为海藻酸钠、聚乙烯醇、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚乙酸内酯或米纸中的任意一种。进一步地，所述电极层组分为锂、纳、钾、钙、镁、钡、铝、铜、金、铂或钛中的任意一种。进一步地，所述碱性溶液为LiOH溶液、NaOH溶液、KOH溶液、Ca(OH)2溶液或Ba(OH)溶液中的任意一种。本专利技术的有益技术效果：(1)本专利技术选择制作功能薄膜层、电极层以及基底层的材料均可以溶于特定碱性溶液，当本专利技术所述摩擦发电机服役完成后，或者损伤之后可以收集起来，使用碱性溶液溶解使其完全溶解，溶解之后的溶液还可以继续成膜，已达到完全可重复利用的目的。(2)本专利技术提供的所述摩擦发电机在循环利用前后均可以正常的工作，能够收集生活环境中的机械能，以及作为运动传感器件监测人体运动，机械振动等活动。(3)本专利技术提供的所述摩擦发电机的制备方法可以完全可循环使用摩擦发电机具有制备简单、成本低、溶解产物无毒无害、零浪费等等优点，在发电机的未来的实际应用以及服役后处理中具有很大的
前景。附图说明图1为完全可循环使用摩擦发电机结构示意图；附图标记：1.功能薄膜层、2.电极层、3.基底层。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。相反，本专利技术涵盖任何由权利要求定义的在本专利技术的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本专利技术有更好的了解，在下文对本专利技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本专利技术。实施例1一种完全可循环使用摩擦发电机的制备方法，所述制备方法首先采用水溶性有机材料来制备功能薄膜层，通过蒸镀在所述功能薄膜层的一侧表面形成电极层，再利用上述水溶性有机材料来制备基底层，然后将所述基底层以及镀有电极层的功能薄膜层进行组装，组装时将所述功能薄膜未镀有电极层一侧表面朝外，最后将电极层连接导线，制备得到完全可循环使用摩擦发电机。所述功能薄膜层的厚度为50微米，所述基底层的厚度为200微米，所述电极层的厚度为200纳米。所述制备方法具体包括如下步骤：1)制备可溶性有机材料溶胶：以去离子水为溶剂，以聚乙烯醇为溶质，配置获得质量浓度为2％的可溶性有机材料溶胶(本实施例中为聚乙烯醇溶胶)；2)制备功能薄膜层：将所述可溶性有机材料溶胶(本实施例中为聚乙烯醇溶胶)倒入培养皿中进行水分蒸发，控制导入培养皿中的溶胶的量以得到厚度为50微米的有机薄膜，即为所述功能薄膜层；3)蒸镀电极层：使用热蒸镀镀膜机，通过蒸镀在所述功能薄膜层的一侧表面形成锂电极层，所述锂电极层的厚度为200纳米；4)制备基底层：将步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种完全可循环使用摩擦发电机的制备方法，其特征在于，所述制备方法首先采用水溶性有机材料来制备功能薄膜层，通过蒸镀在所述功能薄膜层的一侧表面形成电极层，再利用上述水溶性有机材料来制备基底层，然后将所述基底层以及镀有电极层的功能薄膜层进行组装，组装时将所述功能薄膜未镀有电极层一侧表面朝外，最后将电极层连接导线，制备得到完全可循环使用摩擦发电机。

【技术特征摘要】
1.一种完全可循环使用摩擦发电机的制备方法，其特征在于，所述制备方法首先采用水溶性有机材料来制备功能薄膜层，通过蒸镀在所述功能薄膜层的一侧表面形成电极层，再利用上述水溶性有机材料来制备基底层，然后将所述基底层以及镀有电极层的功能薄膜层进行组装，组装时将所述功能薄膜未镀有电极层一侧表面朝外，最后将电极层连接导线，制备得到完全可循环使用摩擦发电机。2.根据权利要求1所述一种完全可循环使用摩擦发电机的制备方法，其特征在于，所述功能薄膜层的厚度为50-100微米，所述基底层的厚度为200-300微米，所述电极层的厚度为200-300纳米。3.根据权利要求1所述一种完全可循环使用摩擦发电机的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：1）制备可溶性有机材料溶胶：以去离子水为溶剂，以可溶性有机材料为溶质，配置获得质量浓度为2-4%的可溶性有机材料溶胶；2）制备功能薄膜层：将所述可溶性有机材料溶胶倒入培养皿中进行水分蒸发，控制导入培养皿中的溶胶的量以得到厚度为50-100微米的有机薄膜，即为所述功能薄膜层；3）蒸镀电极层：使用热蒸镀镀膜机，通过蒸镀在所述功能薄膜层的一侧表面形成电极层，所述电极层的厚度为200-300纳米；4）制备基底层：将步骤1）配置的所述可溶性有机材料溶胶倒入培养皿中进行水分蒸发，控制导入培养皿中的溶胶的量以得到厚度为200-300微米的有机薄膜，即为所述基底层；5）组装：将上述步骤制备获得的所述基底层以及镀有电极层的功能薄膜层进行组装，组装时将所述功能薄膜未镀有电极层一侧表面朝外；将电极层连接导线，制备得到完全可循环使用的摩擦发电机；6）服役完成后或者损伤后摩擦电机的循环使用步骤：当步骤5）制备获得的所述摩擦发电机服役完成后或者损伤之后，能够用于制备获得新的摩擦发电机。4.根据权利要求3所述一种完全可循环使用摩擦发电机的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：张跃，梁齐杰，阎小琴，张茜，廖新勤，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11