摩擦纳米发电机的电极、其制备方法及摩擦纳米发电机技术

本发明专利技术提供了一种摩擦纳米发电机的电极、其制备方法及摩擦纳米发电机。所述摩擦纳米发电机的电极包括基于光固化3D打印技术制成的第一摩擦层和第二摩擦层，所述第一摩擦层和所述第二摩擦层均是由基层和设置于所述基层上的多个凸起结构构成，所述第一摩擦层和所述第二摩擦层的所述凸起结构相对设置，且所述第一摩擦层和所述第二摩擦层的所述凸起结构适于在垂直接触及水平滑动接触时均产生摩擦。本发明专利技术采用光固化3D打印技术制备出了具备特殊凸起结构的摩擦纳米发电机，使得摩擦纳米发电机既可以通过垂直接触分离收集垂直方向的能量，又可以通过水平滑动分离收集水平方向的能量，输出性能大幅提高。

【技术实现步骤摘要】
摩擦纳米发电机的电极、其制备方法及摩擦纳米发电机
本专利技术涉及摩擦纳米发电
，具体而言，涉及一种摩擦纳米发电机的电极、其制备方法及摩擦纳米发电机。
技术介绍
摩擦纳米发电机的基本原理是，两种带有相反摩擦极性材料之间通过接触、分离或相对摩擦，产生摩擦起电和静电感应之间的耦合效应，进而将机械能转换为电能，是一种能量收集与转换技术。摩擦纳米发电机的输出性能与两摩擦材料的接触面积密切相关。现有技术中为了提高摩擦纳米发电机的输出性能，主要集中在对摩擦层进行表面改性比如通过旋涂、刻蚀和电纺等方法提高摩擦层的表面粗糙度，但这些方法对摩擦层有效接触面积的提高较小，制备的摩擦纳米发电机的发电效率较低，且花费高、制备过程复杂、不能大规模应用。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是现有方法制备的摩擦纳米发电机，其摩擦层有效接触面积较小，发电机发电效率较低，且制备过程复杂、成本高，不利于大规模应用。为一定程度解决上述问题中的至少一个方面，本专利技术提供一种摩擦纳米发电机的电极，包括基于光固化3D打印技术制成的第一摩擦层和第二摩擦层，所述第一摩擦层和所述第二摩擦层均是由基层和设置于所述基层上的多个凸起结构构成，所述第一摩擦层和所述第二摩擦层的所述凸起结构相对设置，且所述第一摩擦层和所述第二摩擦层的所述凸起结构适于在垂直接触及水平滑动接触时均产生摩擦。。较佳的，所述凸起结构的形状包括圆锥、圆柱、圆台、棱柱和棱锥中的任意一种。较佳的，所述凸起结构在所述基层上阵列分布,且每个所述凸起结构凸出于所述基层的高度大于所述凸起结构与所述基层接触部分的直径。本专利技术还提供一种如上所述的摩擦纳米发电机的电极的制备方法，包括：以液态光敏树脂为原料进行光固化3D打印，得到由基层和设置于所述基层上的多个凸起结构构成的第一摩擦层和第二摩擦层；将所述第一摩擦层置于含氟溶液中浸泡，得到表面覆盖含氟化合物的第一摩擦层；在所述表面覆盖含氟化合物的第一摩擦层与所述第二摩擦层的所述基层表面设置电极层，将所述表面覆盖含氟化合物的第一摩擦层与所述第二摩擦层的所述凸起结构相对设置以组装成所述摩擦纳米发电机的电极。较佳的，所述第一摩擦层置于所述含氟溶液中浸泡的时间为20-24h。较佳的，在将所述第一摩擦层置于所述含氟溶液中浸泡之前还包括：将所述第一摩擦层和所述第二摩擦层置于烘箱中，于100-120℃下养护处理6-10h。较佳的，所述光固化3D打印过程中，控制所述基层的曝光时间来控制所述基层的厚度。较佳的，所述光固化3D打印过程中，控制所述凸起结构的曝光时间来控制所述凸起结构凸出于所述基层的高度。较佳的，还包括：对所述表面覆盖含氟化合物的第一摩擦层进行电晕处理。本专利技术还提供一种摩擦纳米发电机，包括如上所述的摩擦纳米发电机的电极。本专利技术提供的摩擦纳米发电机的电极相比现有技术具有的有益效果如下：本专利技术采用光固化3D打印技术制备出了具备特殊凸起结构的摩擦层，两个摩擦层的凸起结构相对设置，且两凸起结构适于在垂直接触和水平滑动接触时产生摩擦，使得摩擦纳米发电机的电极既可以通过垂直接触分离收集垂直方向的能量，又可以通过水平滑动分离收集水平方向的能量，输出性能大幅提高。另外，本专利技术采用含氟溶液浸泡的方式对打印后的摩擦层进行后续处理，增大摩擦层的电荷密度和电荷稳定性，进而增大两电极之间的电势差，电能输出高；另在打印摩擦纳米发电机电极时，无需对原料进行预先改性处理，或者采用两种不同的材料进行打印，制备方法简单，适用性广。附图说明图1为本专利技术实施例中摩擦层的结构示意图；图2为本专利技术实施例中摩擦纳米发电机的发电过程电荷变化示意图；图3为本专利技术实施例中摩擦层的实物光镜图；图4为本专利技术实施例中摩擦纳米发电机水平滑动模式下摩擦层的变化示意图；图5为本专利技术实施例中摩擦纳米发电机的电极的制备方法流程图。具体实施方式摩擦纳米发电机的输出性能与摩擦材料的接触面积有关，为了增加两种摩擦材料的接触面积，通常采用旋涂、刻蚀、电纺等方法在摩擦材料表面引入一些微纳结构，以增加两种摩擦材料的表面粗糙度，进而提高二者接触面积。但是采用上述方法制得的纳米发电机仅能够通过接触分离在单一方向上进行能量收集，发电机的电能输出效率低。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。如图1所示，本专利技术实施例提供一种摩擦纳米发电机的电极，基于光固化3D打印技术制成，摩擦纳米发电机的电极包括摩擦层和电极层，摩擦层包括相对设置的第一摩擦层和第二摩擦层，电极层包括第一电极层和第二电极层，第一电极层设置于第一摩擦层的背面，第二电极层设置于第二摩擦层的背面，其中第一摩擦层的背面是指不与第二摩擦层相对的一面，第二摩擦层的背面是指不与第一摩擦层相对的一面。第一电极层与第一摩擦层贴合的表面为导电材料，第二电极层与第二摩擦层贴合的表面为导电材料，或者第一电极层和第二电极层整体由导电材料构成。本实施例中导电材料优选为金属薄膜或金属体相材料，金属包括金、银、铝、钛、铜等及其合金，本实施例优选为铝箔。其中，第一摩擦层和第二摩擦层均是由基层和设置于基层上的多个凸起结构构成，第一摩擦层的基层背面与第一电极层连接，第二摩擦层的基层背面与第二电极层连接。第一摩擦层和第二摩擦层的基层正面设置有凸起结构，且第一摩擦层和第二摩擦层的凸起结构相对设置。凸起结构在基层上均匀分布，优选地，凸起结构在基层上阵列分布。凸起结构的形状包括圆锥、圆柱、圆台、棱柱和棱锥中的任意一种，优选为圆锥形。本实施例中，凸起结构的设置，增大了第一摩擦层和第二摩擦层之间的摩擦接触面积，提高摩擦起电效率。为了进一步增大摩擦起电效率，凸起结构凸出于基层的高度大于凸起结构与基层接触部分的直径，所谓凸起结构与基层接触部分的直径是指凸起结构与基层接触部分中最远的两点之间的距离。由于凸起结构与基层是一同3D打印出来的，为便于描述，凸起结构凸出于基层的高度可称为凸起结构的高度，凸起结构与基层接触部分的直径可称为凸起结构的底面直径。需要说明的是，当凸起结构的底面为圆形时，该底面直径即为圆直径，当凸起结构的底面为多边形时，该底面直径为多边形中最远两点之间的距离。本实施例将凸起结构的高度设置为大于凸起结构的底面直径，由此，凸起结构整体上呈“瘦高”型，且凸起结构的高度大于底面直径的程度越大，即凸起结构的高度远大于底面直径时，凸起结构整体上愈加地瘦高。如此，第一摩擦层和第二摩擦层的多个凸起结构接触时，由于多个凸起结构之间具有间隙，两个摩擦层的凸起结构相互交叉接触，即第一摩擦层的凸起结构插入第二摩擦层的多个凸起结构的间隙内，同时第二摩擦层的凸起结构也插入第一摩擦层的多个凸起结构的间隙内。如此，增大第一摩擦层和第二摩擦层之间的接触面积，进而增大摩擦发电效率，提高摩擦纳米发电机电极的电能输出能力。另外，由于凸起结构的高度较大，且凸起结构是采用光固化3D打印而成，使得凸起结构具有一定的柔性，因此，第一摩擦层和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种摩擦纳米发电机的电极，其特征在于，包括基于光固化3D打印技术制成的第一摩擦层和第二摩擦层，所述第一摩擦层和所述第二摩擦层均是由基层和设置于所述基层上的多个凸起结构构成，所述第一摩擦层和所述第二摩擦层的所述凸起结构相对设置，且所述第一摩擦层和所述第二摩擦层的所述凸起结构适于在垂直接触及水平滑动接触时均产生摩擦。/n

【技术特征摘要】
1.一种摩擦纳米发电机的电极，其特征在于，包括基于光固化3D打印技术制成的第一摩擦层和第二摩擦层，所述第一摩擦层和所述第二摩擦层均是由基层和设置于所述基层上的多个凸起结构构成，所述第一摩擦层和所述第二摩擦层的所述凸起结构相对设置，且所述第一摩擦层和所述第二摩擦层的所述凸起结构适于在垂直接触及水平滑动接触时均产生摩擦。


2.根据权利要求1所述的摩擦纳米发电机的电极，其特征在于，所述凸起结构的形状包括圆锥、圆柱、圆台、棱柱和棱锥中的任意一种。


3.根据权利要求1所述的摩擦纳米发电机的电极，其特征在于，多个所述凸起结构在所述基层上阵列分布，且每个所述凸起结构凸出于所述基层的高度大于所述凸起结构与所述基层接触部分的直径。


4.一种如权利要求1-3任一项所述的摩擦纳米发电机的电极的制备方法，其特征在于，包括：
以液态光敏树脂为原料进行光固化3D打印，得到由基层和设置于所述基层上的多个凸起结构构成的第一摩擦层和第二摩擦层；
将所述第一摩擦层置于含氟溶液中浸泡，得到表面覆盖含氟化合物的第一摩擦层；
在所述表面覆盖含氟化合物的第一摩擦层与所述第二摩擦层的所述基层表面设置电极层，将所述表面覆盖含氟...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱光，冯含芳，李华阳，
申请(专利权)人：宁波诺丁汉新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33