一种基于树叶及树叶粉末材料的摩擦纳米发电机及其制备方法技术

本发明专利技术属于摩擦起电收集系统技术领域，具体涉及一种基于树叶及树叶粉末材料的摩擦纳米发电机。包括第一电极和第二电极，其中第一电极包括树叶和导电胶带，导电胶带的含胶面与树叶粘接，导电胶带上引出一根导线，导线与聚酰亚胺支撑层固定；第二电极为聚合物电极，与另一个导电胶带的含胶面粘接，引出另一根导线，导线与聚酰亚胺支撑层固定；聚酰亚胺支撑层卷成筒状，内侧分别固定连接第一电极和第二电极。本发明专利技术基于树叶作为电极材料以及树叶作为摩擦发电机摩擦层材料，能够达到真正意义的绿色环保的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于树叶及树叶粉末材料的摩擦纳米发电机
本专利技术属于摩擦起电收集系统
，具体涉及一种基于树叶及树叶粉末材料的摩擦纳米发电机。
技术介绍
能源问题一直受到人们的广泛关注，寻找绿色能源来对抗能源危机也是亟待解决的问题。摩擦电和静电现象是一种非常普遍的现象，存在于我们日常生活中各个层面，从走路到开车等等。由于它很难被收集和利用，往往是被人们所忽略的一种能源形式。如果我们能够通过一种新的方法收集摩擦产生的电能或者利用该方法将日常生活中不规则的动能转成能够利用的电能，将对我们的日常生活产生重要影响。例如摩擦纳米发电机在移动/穿戴/柔式电子产品、生物医学器件、传感网络、物联网、环境保护和传感、基础设施检查和蓝色能源等方面的应用，例如一个摩擦纳米发电机植入活鼠体内收集其周期性呼吸的能量，直接用于驱动起搏器，这都证明了摩擦纳米发电机具有非常广阔的应用前景。专利201310181849.9中提到了一种摩擦发电机，采用的摩擦层材料为聚合物材料，聚合物材料首先成本较高，另一方面在器件失效后摩擦起电材料的后处理步骤繁琐，必须经过专门的处理才能降低对环境的危害，对环境不友好；同时，摩擦起电收集系统的设计太复杂，不满足一般的普适性要求，增加了实施难度。另外，传统电极采用的是尼龙电极，不仅成本高，且还需要溶剂溶解后再旋涂或者流平成膜等，所需试剂和工艺都相对较为复杂。综上，传统的摩擦发电机多由聚合物作为摩擦层，采用尼龙电极，并不具备真正意义上的绿色环保的理念。因此，选择合适的摩擦材料和电极材料来制备真正意义上的绿色环保摩擦发电机就显得十分重要。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是传统的摩擦发电机多由聚合物作为摩擦层，如采用尼龙电极，并不具备真正意义上的绿色环保的理念。为解决上述问题，本专利技术提供一种基于树叶及树叶粉末材料的摩擦纳米发电机，基于树叶作为电极材料、树叶作为摩擦发电机摩擦层材料，达到真正意义的绿色环保的要求。为达到上述目的，具体提供以下的技术方案：一种基于树叶及树叶粉末材料的摩擦纳米发电机，包括第一电极和第二电极，其中第一电极包括树叶和导电胶带，导电胶带的含胶面与树叶粘接，导电胶带上引出一根导线，导线与聚酰亚胺支撑层固定；第二电极为聚合物电极，与另一个导电胶带的含胶面粘接，引出另一根导线，导线与聚酰亚胺支撑层固定；聚酰亚胺支撑层卷成筒状，内侧分别固定连接第一电极和第二电极。进一步的，所述树叶为新鲜树叶，压平后与导电胶带粘接。进一步的，所述树叶为新鲜树叶粉末或落叶粉末，粒径为1-3μm，均匀粘在导电胶带的含胶面上。另外，在树叶粉末的基础上，在树叶上流平浸润一层多聚左旋赖氨酸溶液(PLL)或其他含氨基溶液、含氟溶液，80摄氏度烘干，经过修饰后可以提高其输出，溶液可重复利用。进一步的，所述导电胶带为导电铜箔胶带或铝箔胶带。进一步的，所述第二电极为PVDF、PTFE、PI中的一种电极。进一步的，所述第二电极以树叶粉末作为基材，将树叶粉末作为添加剂和PVDF溶液混合搅拌成均一溶液，旋涂成膜，作为聚合物电极。一种上述基于树叶及树叶粉末材料的摩擦纳米发电机的制备方法，包括以下步骤：(1)将树叶进行前处理，然后与导电胶带的含胶面粘结，从导电胶带上引出一根导线，导线与聚酰亚胺支撑层固定；(2)将第二电极的聚合物旋涂在聚酰亚胺薄膜上，在背面贴另一个导电胶带并引出导线，整个电极固定在聚酰亚胺支撑层上；(3)将聚合物层与树叶层相对，两部分组合。进一步的，所述树叶的前处理为将新鲜树叶裁剪成正方形，如4x4cm2左右大小，用压具压平后在背面贴上导电胶带；或为将新鲜树叶或落叶烘干后，用球磨机磨碎至颗粒粒径为1-3μm，用导电胶带的含胶面均匀粘一层树叶粉末。进一步的，步骤(2)使用树叶粉末作为基材，将树叶粉末作为添加剂和PVDF溶液混合搅拌成均一溶液，旋涂在聚酰亚胺薄膜上。这样可以减少PVDF的使用量，成本也会降低；其他含氟聚合物材料也可以通过对粉末的表面修饰来提高输出，降低成本。本专利技术的有益效果如下：(1)采用树叶作为摩擦层材料以及电极的制备方法都是专利技术人付出创造性劳动得到的，未见报道，能够实现真正的绿色环保的利用摩擦电能。(2)导电层部分采用导电的铜箔或铝箔胶带，不需要金属镀膜机去镀膜；工艺简单，易于实现，成本低廉。(3)和传统的尼龙电极相比，树叶粉末可以利用落叶或者一切废弃的树叶或其他自然界植物来制备，可以说几乎是零成本的。加工过程只需要进行相应的粉碎即可利用。树叶粉末可以直接用来制作摩擦发电机的摩擦层。树叶粉末也可以通过进一步的修饰过程可以使用多聚左旋赖氨酸或者多巴胺溶液进行浸泡然后干燥就后即可以使用。传统使用的聚合物如尼龙成本较树叶相比要高很多，不仅体现在材料成本，尼龙还需要溶剂溶解后再旋涂或者流平成膜等，所需试剂和工艺都相对较为复杂。这里的多聚左旋赖氨酸溶液对树叶进行修饰，可以用大多数水溶性的含氨基溶液代替，而且溶液可以重复利用，这也节约了成本。附图说明图1是本专利技术实施例1第一电极的结构示意图；图2是本专利技术实施例2第一电极的结构示意图；图3是本专利技术第二电极的结构示意图；图4是本专利技术的总体结构示意图；图中，树叶1、导电胶带2、导线3、聚酰亚胺支撑层4、第二电极5。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1：一种基于树叶及树叶粉末材料的摩擦纳米发电机，包括第一电极和第二电极，其中第一电极包括树叶1和导电胶带2，导电胶带2的含胶面与树叶1粘接，导电胶带上引出一根导线3，导线3与聚酰亚胺支撑层4固定；第二电极5为聚合物电极，与另一个导电胶带2的含胶面粘接，引出另一根导线3，导线3与聚酰亚胺支撑层4固定；聚酰亚胺支撑层4卷成筒状，内侧分别固定连接第一电极和第二电极。所述树叶为新鲜树叶，裁剪成4x4cm2大小，压平后与导电胶带粘接或将树叶在压具上烘干然后再裁剪到4x4cm2大小，然后与导电胶带粘接。所述导电胶带为导电铜箔胶带，第二电极为PVDF电极。一种上述基于树叶及树叶粉末材料的摩擦纳米发电机的制备方法，包括以下步骤：(1)将树叶进行前处理，然后与导电胶带的含胶面粘结，从导电胶带上引出一根导线，导线与聚酰亚胺支撑层固定；(2)将第二电极的PVDF旋涂在聚酰亚胺薄膜上，在背面贴另一个导电胶带并引出导线，整个电极固定在聚酰亚胺支撑层上；(3)将聚合物层与树叶层相对，两部分组合。所述树叶的前处理为将新鲜树叶裁剪成4x4cm2大小，用压具压平后在背面贴上导电胶带；或为将树叶在压具上烘干然后再裁剪到4x4cm2大小，然后与导电胶带粘接。实施例2：一种基于树叶及树叶粉末材料的摩擦纳米发电机，包括第一电极和第二电极，其中第一电极包括树叶1和导电胶带2，导电胶带2的含胶面与树叶1粘接，导电胶带上引出一根导线3，导线3与聚酰亚胺支撑层4固定；第二电极5为聚合物电极，与另一个导电胶带2的含胶面粘接，引出另一根导线3，导线3与聚酰亚胺支撑层4固定；聚酰亚胺支撑层4卷成筒状，内侧分别固定连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于树叶及树叶粉末材料的摩擦纳米发电机，其特征在于：包括第一电极和第二电极，其中第一电极包括树叶和导电胶带，导电胶带的含胶面与树叶粘接，导电胶带上引出一根导线，导线与聚酰亚胺支撑层固定；第二电极为聚合物电极，与另一个导电胶带的含胶面粘接，引出另一根导线，导线与聚酰亚胺支撑层固定；聚酰亚胺支撑层卷成筒状，内侧分别固定连接第一电极和第二电极。

【技术特征摘要】
1.一种基于树叶及树叶粉末材料的摩擦纳米发电机，其特征在于：包括第一电极和第二电极，其中第一电极包括树叶和导电胶带，导电胶带的含胶面与树叶粘接，导电胶带上引出一根导线，导线与聚酰亚胺支撑层固定；第二电极为聚合物电极，与另一个导电胶带的含胶面粘接，引出另一根导线，导线与聚酰亚胺支撑层固定；聚酰亚胺支撑层卷成筒状，内侧分别固定连接第一电极和第二电极。2.如权利要求1所述的基于树叶及树叶粉末材料的摩擦纳米发电机，其特征在于：所述树叶为新鲜树叶，压平后与导电胶带粘接。3.如权利要求1所述的基于树叶及树叶粉末材料的摩擦纳米发电机，其特征在于：所述树叶为新鲜树叶粉末或落叶粉末，粒径为1-3μm，均匀粘在导电胶带的含胶面上。4.如权利要求1所述的基于树叶及树叶粉末材料的摩擦纳米发电机，其特征在于：所述导电胶带为导电铜箔胶带或铝箔胶带。5.如权利要求1所述的基于树叶及树叶粉末材料的摩擦纳米发电机，其特征在于：所述第二电极为PVDF、PTFE、PI中的一种电极。6.如权利要求1所述的基于树叶及树叶粉末材料的摩擦纳米发电机，其特征在于：所述第二电极以树叶粉末作为基材，将树叶粉末作为添加剂和PVDF溶液混合搅拌成均一溶液，旋涂成膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：王道爱，冯雁歌，周峰，刘维民，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃,62