一种摩擦发电薄膜及制备方法与摩擦发电器件技术

本发明专利技术公开了一种摩擦发电薄膜及制备方法与摩擦发电器件。所述摩擦发电薄膜的制备方法，包括：将掺杂材料与聚合物颗粒混合，得到混合料；将所述混合料加入到注塑装置中进行注塑成型，得到摩擦发电薄膜。本发明专利技术所述的摩擦发电薄膜的制备方法具有操作简单，工艺流程短的特点，并且能够提高所述摩擦发电薄膜的短路电流和开路电压等摩擦发电性能。

【技术实现步骤摘要】
一种摩擦发电薄膜及制备方法与摩擦发电器件
本专利技术涉及摩擦纳米发电机
，尤其涉及一种摩擦发电薄膜及制备方法与摩擦发电器件。
技术介绍
能源问题一直是人类社会关注的热点问题之一，随着可用的化石能源不断消耗，开发绿色的新能源也变得越发紧迫。摩擦纳米发电机自2012年被首次报道以来，因其转化效率高、制造成本低、结构简单、灵活性高、应用范围广等优点获得快速的发展。摩擦电发电机能依靠摩擦点电势的充电泵效应，把极其微小的机械能转化为电能。摩擦纳米发电机在微纳能源、自驱动传感器、蓝色能源以及高压电源领域展示了良好的应用和商用价值。对于摩擦纳米发电机而言，摩擦副材料主导着发电机的性能。通过对摩擦副材料进行改进，可以实现摩擦纳米发电机的性能提升。然而，现有摩擦副材料的短路电流和开路电压仍然较小，实际使用会受限，摩擦发电性能有待提高。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种摩擦发电薄膜及制备方法与摩擦发电器件，旨在解决现有摩擦副材料的短路电流和开路电压仍然较小，摩擦发电性能有待提高的问题。一种摩擦发电薄膜的制备方法，其中，包括：将掺杂材料与聚合物颗粒混合，得到混合料；将所述混合料加入到注塑装置中进行注塑成型，得到摩擦发电薄膜。所述的摩擦发电薄膜的制备方法，其中，所述将掺杂材料与聚合物颗粒混合包括：将所述聚合物颗粒进行干燥，得到干燥后的聚合物颗粒；将掺杂材料加入到干燥后的聚合物颗粒中，搅拌混合均匀。所述的摩擦发电薄膜的制备方法，其中，所述干燥的温度为50～100℃。所述的摩擦发电薄膜的制备方法，其中，所述聚合物包括：聚四氟乙烯、聚氨脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯、热塑性弹性体、热塑性聚酯弹性体、聚苯乙烯、聚氯乙烯、热塑性硫化橡胶、聚丙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚醚醚酮、三元乙丙橡胶中的一种或多种。所述的摩擦发电薄膜的制备方法，其中，所述掺杂材料包括：石墨烯纳米片、二硫化钼、二硫化钨、石墨、金、银、铂、铝、镍、铜、钛、铬、硒中的一种或多种。所述的摩擦发电薄膜的制备方法，其中，所述石墨烯纳米片的厚度为6-8nm，所述石墨烯纳米片的宽度为15μm。所述的摩擦发电薄膜的制备方法，其中，所述混合料中，所述掺杂材料的质量百分数为0.001～0.1％。所述的摩擦发电薄膜的制备方法，其中，所述注塑成型过程中，注塑温度为220-350℃，注塑压力为3-10Mpa，注塑保压时间为2-6s，射出速度为10-50mm/s。一种摩擦发电薄膜，其中，采用如上所述摩擦发电薄膜的制备方法制备得到。一种摩擦发电器件，其中，包括：如上所述摩擦发电薄膜。有益效果：本专利技术通过注塑成型的方法将掺杂材料掺杂在聚合物材料中，从而制备得到摩擦发电薄膜。本专利技术所述的摩擦发电薄膜的制备方法具有操作简单，工艺流程短的特点，并且能够实现所制备得到的摩擦发电薄膜的短路电流和开路电压等摩擦发电性能的提高。附图说明图1为本专利技术实施例1中未掺杂石墨烯注塑的PTFE薄膜的光学照片。图2为本专利技术实施例2中掺杂石墨烯掺杂量为32mg(质量百分数为0.016％)时注塑的PTFE薄膜的光学照片。图3为本专利技术实施例3中掺杂石墨烯掺杂量为64mg(质量百分数为0.032％)时注塑的PTFE薄膜的光学照片。图4为本专利技术石墨烯掺杂前后注塑成型PTFE薄膜的拉曼光谱图。图5为本专利技术实施例4注塑成型微织构PTFE薄膜的光学照片。图6为本专利技术实施例5砂纸打磨后注塑成型石墨烯掺杂PTFE薄膜的光学照片。图7为本专利技术实施例1中未掺杂石墨烯注塑的PTFE薄膜的短路电流曲线图。图8为本专利技术实施例2中掺杂石墨烯掺杂量为32mg(质量百分数为0.016％)时注塑的PTFE薄膜的短路电流曲线图。图9为本专利技术实施例3中掺杂石墨烯掺杂量为64mg(质量百分数为0.032％)时注塑的PTFE薄膜的短路电流曲线图。图10为本专利技术实施例1中未掺杂石墨烯注塑的PTFE薄膜的开路电压曲线图。图11为本专利技术实施例2中掺杂石墨烯掺杂量为32mg(质量百分数为0.016％)时注塑的PTFE薄膜的开路电压曲线图。图12为本专利技术实施例3中掺杂石墨烯掺杂量为64mg(质量百分数为0.032％)时注塑的PTFE薄膜的开路电压曲线图。图13为本专利技术实施例4注塑成型表面微织构PTFE薄膜的短路电流曲线图。图14为本专利技术实施例5砂纸打磨后注塑成型石墨烯掺杂PTFE薄膜的短路电流曲线图。图15为本专利技术实施例4注塑成型表面微织构PTFE薄膜的开路电压曲线图。图16为本专利技术实施例5砂纸打磨后注塑成型石墨烯掺杂PTFE薄膜的开路电压曲线图。具体实施方式本专利技术提供一种摩擦发电薄膜及制备方法与摩擦发电器件，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在研究过程中发现，以聚四氟乙烯和石墨烯为例，如果直接使用未改性的聚四氟乙烯(PTFE)薄膜作为摩擦副材料的摩擦发电器件的电输出往往较低，实际使用会受限。虽然石墨烯具有许多优异的电学性能，但是难以将其掺杂到PTFE材料中并改善其电输出性能，因此提供一种高效、实用的方法将掺杂材料(如石墨烯)掺杂到聚合物薄膜(如PTFE薄膜)中就尤为重要。本专利技术提供一种摩擦发电薄膜的制备方法，其中，包括：S100、将掺杂材料与聚合物颗粒混合，得到混合料；S200、将所述混合料加入到注塑装置中进行注塑成型，得到摩擦发电薄膜。本方法提供的摩擦发电薄膜的制备方法是一种增强摩擦发电薄膜摩擦发电性能的注塑成型方法。具体地，本专利技术在注塑前，将石墨烯纳米片掺杂到干燥后的PTFE聚合物颗粒中并搅拌均匀，之后加入到注塑装置料斗中，开始注塑；注塑完成后，得到摩擦发电薄膜。可见，本专利技术通过注塑成型的方法将掺杂材料掺杂在聚合物材料中，从而制备得到摩擦发电薄膜。本专利技术所述的摩擦发电薄膜的制备方法具有操作简单，工艺流程短的特点，并且能够实现所制备得到的摩擦发电薄膜的短路电流和开路电压等摩擦发电性能的提高。无论是从摩擦纳米发电机的应用角度还是从拓宽摩擦副材料角度，通过注塑工艺将石墨烯纳米片掺杂到PTFE薄膜中来增强PTFE薄膜的电输出性能来满足自驱动式传感器、可穿戴式设备和移动电子设备的能源供应，具有非常重要的应用价值和实际意义。所述S100的目的是实现掺杂材料与聚合物颗粒的初步混合。其中，所述聚合物在注塑成型前一般是颗粒状的，以便于进行注塑成型，具体可以是预先通过切粒后得到的聚合物颗粒。所述掺杂材料可以是，但不限于片状或颗粒状的掺杂材料。在本专利技术的一个实施方式中，所述将掺杂材料与聚合物颗粒混合包括：S101、将所述聚合物颗粒进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种摩擦发电薄膜的制备方法，其特征在于，包括：/n将掺杂材料与聚合物颗粒混合，得到混合料；/n将所述混合料加入到注塑装置中进行注塑成型，得到摩擦发电薄膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种摩擦发电薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
将掺杂材料与聚合物颗粒混合，得到混合料；
将所述混合料加入到注塑装置中进行注塑成型，得到摩擦发电薄膜。


2.根据权利要求1所述的摩擦发电薄膜的制备方法，其特征在于，所述将掺杂材料与聚合物颗粒混合包括：
将所述聚合物颗粒进行干燥，得到干燥后的聚合物颗粒；
将掺杂材料加入到干燥后的聚合物颗粒中，搅拌混合均匀。


3.根据权利要求2所述的摩擦发电薄膜的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为50～100℃。


4.根据权利要求1所述的摩擦发电薄膜的制备方法，其特征在于，所述聚合物包括：聚四氟乙烯、聚氨脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、热塑性硫化橡胶、聚丙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚醚醚酮、三元乙丙橡胶中的一种或多种。


5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪朋飞，杨平，吕昊，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44