一种可拉伸摩擦纳米发电机及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种可拉伸摩擦纳米发电机及其制备方法。所述可拉伸摩擦纳米发电机包括：拉伸起电层，其内设置一封闭腔体，所述腔体内适于填充液态金属，所述封闭腔体包括第一腔体和沿所述第一腔体周向分布的多个孔道，所述液态金属适于在所述孔道与所述第一腔体之间流动；电极层，所述电极层适于与所述拉伸起电层的表面连接。本发明专利技术可以多方向拉伸及释放所述拉伸起电层，使得液态金属均在第一腔体和孔道之间流动往返，由此导致拉伸起电层的表面产生感应电荷，与现有技术相比，本发明专利技术消除了发电机电性能输出在输出方向上的限制，提高了发电机的电能输出能力。电机的电能输出能力。电机的电能输出能力。

【技术实现步骤摘要】
一种可拉伸摩擦纳米发电机及其制备方法


[0001]本专利技术涉及摩擦纳米发电机
，具体而言，涉及一种可拉伸摩擦纳米发电机及其制备方法。

技术介绍

[0002]摩擦纳米发电机是一种新型自驱动能量收集器件，其利用摩擦起电效应和静电感应效应的耦合把微小的机械能转换为电能。由于其设计简单、材料选择性广及输出性能高而被广泛应用于柔性可拉伸能源。其中可拉伸摩擦纳米发电机在柔性电子及可穿戴器件中有重要应用。
[0003]目前大部分可拉伸发电机一般基于如下两种结构：一、利用预处理的褶皱起电层在拉伸过程发生有效接触分离来实现电能输出；二、基于拉伸过程中弹性起电材料与液体的接触分离产生电输出。虽然这两种结构的可拉伸摩擦纳米发电机已经有很多重要的进展，但其只允许摩擦纳米发电机在单一拉伸方向上产生电输出，且常用的弹性起电材料摩擦电荷密度低，因此可拉伸摩擦纳米发电机的电能输出较低。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的问题是现有可拉伸摩擦纳米发电机的电能输出较低和拉伸方向单一的问题。
[0005]为解决上述问题中的至少一个方面，本专利技术提供一种可拉伸摩擦纳米发电机，包括：
[0006]拉伸起电层，其内设置一封闭腔体，所述封闭腔体内适于填充液态金属，所述封闭腔体包括第一腔体和沿所述第一腔体周向分布的多个孔道，所述液态金属适于在所述孔道与所述第一腔体之间流动；
[0007]电极层，所述电极层适于与所述拉伸起电层的表面连接。
[0008]较佳地，所述第一腔体为正泊松比环形结构，所述孔道为负泊松比结构，或者，所述第一腔体为负泊松比环形结构，所述孔道为正泊松比结构。
[0009]较佳地，所述孔道的与所述第一腔体连接的一端的截面积小于所述孔道的远离所述第一腔体的一端的截面积。
[0010]较佳地，所述孔道包括第二腔体和连接通道，所述连接通道用于连接所述第一腔体和所述第二腔体。
[0011]本专利技术提供的可拉伸摩擦纳米发电机相较于现有技术具有的有益效果如下：
[0012]本专利技术在拉伸起电层内设置特殊结构的封闭腔体，使得孔道沿第一腔体的周向分布，因此，可以多方向拉伸所述拉伸起电层，使得液态金属均在内部第一腔体和外部孔道之间流动往返，由此导致拉伸起电层的表面产生感应电荷，与现有技术相比，本专利技术消除了发电机电性能输出在输出方向上的限制，提高了发电机的电能输出能力。
[0013]本专利技术还提供一种可拉伸摩擦纳米发电机的制备方法，包括：
[0014]将拉伸起电层的前驱体材料置于模具中进行固化处理，得到内部设置有封闭腔体的拉伸起电层，所述封闭腔体适于填充液态金属，其中所述封闭腔体包括第一腔体和沿所述第一腔体周向分布的多个孔道，所述液态金属适于在所述第一腔体和所述孔道之间流动；
[0015]利用高压静电喷涂液态金属微纳米颗粒和高压静电纺丝高分子弹性体材料同时进行的方法，制得电极层；
[0016]将所述拉伸起电层与所述电极层组装在一起，制得可拉伸摩擦纳米发电机。
[0017]较佳地，所述将拉伸起电层的前驱体材料置于模具中进行固化处理，得到内部限定有封闭腔体的拉伸起电层包括：
[0018]将所述拉伸起电层的前驱体材料置于第一模具中固化处理，得到第一模型，所述第一模型的其中一个表面上设置有凹槽结构，所述凹槽结构包括设置在所述第一模型中间部位的第一凹槽以及设置在所述第一凹槽周向的多个第二凹槽，且所述第一凹槽和所述第二凹槽连通；
[0019]将所述液态金属填充入所述凹槽结构内；
[0020]向第二模具中灌注所述拉伸起电层的前驱体材料，进行固化处理，得到第二模型，所述第二模型为适于盖在所述凹槽结构上的盖体；
[0021]将所述第二模型盖在所述凹槽结构上，进行固化处理，完成所述第一模型与所述第二模型的封装，所述凹槽结构与所述盖体合围形成所述拉伸起电层的所述封闭腔体。
[0022]较佳地，所述将拉伸起电层的前驱体材料置于模具中进行固化处理，得到内部限定有封闭腔体的拉伸起电层包括：
[0023]将所述拉伸起电层的前驱体材料置于第一模具中固化处理，得到第一模型，所述第一模型的其中一个表面上设置有凹槽结构，所述凹槽结构包括设置在所述第一模型中间部位的第一凹槽以及设置在所述第一凹槽周向的多个第二凹槽，且所述第一凹槽和所述第二凹槽连通；
[0024]将液态金属填充入所述凹槽结构内；
[0025]将两个所述第一模型封装在一起，两个所述凹槽结构合围形成所述拉伸起电层的所述封闭腔体。
[0026]较佳地，所述利用高压静电喷涂液态金属微纳米颗粒和高压静电纺丝高分子弹性体材料同时进行的方法制得电极层包括：
[0027]配置高分子弹性体材料的含氟溶液以及液态金属的酒精溶液；
[0028]在所述高分子弹性体材料的含氟溶液一端和所述液态金属的酒精溶液一端同时施加正电压，在接收滚筒上施加负电压，旋转接收滚筒，同时进行静电喷涂与静电纺丝，制得所述电极层。
[0029]较佳地，所述高分子弹性体材料的含氟溶液的推注速度为(0.1-0.15)ml/min，所述液态金属的酒精溶液的推注速度为(0.05-0.1)ml/min，
[0030]较佳地，所述高分子弹性体材料的含氟溶液的浓度为4％，所述液态金属的酒精溶液的浓度为20％。
[0031]本专利技术提供的可拉伸摩擦纳米发电机的制备方法相较于现有技术具有的有益效果如下：
[0032]本专利技术通过在拉伸起电层内设置封闭腔体，封闭腔体由孔道和第一腔体构成，且孔道沿第一腔体周向分布，由此通过拉伸或释放拉伸所述拉伸起电层，使得液态金属在第一腔体和孔道之间流动往返，且不论在哪个方向上拉伸所述拉伸起电层，液态金属均可以在封闭腔体内流动，实现了发电机的多方向输出，提高了发电机的电能输出能力。且由于电极层的制备采用静电纺丝与静电喷涂同时进行，当拉伸起电层受拉伸时，液态金属微纳米颗粒会束缚纤维网格结构移动，从而增大拉伸起电层拉伸时的摩擦力，由此增强电极层的表面电势和电荷密度，进而提高摩擦纳米发电机的电性能输出能力。
附图说明
[0033]图1为本专利技术实施例中可拉伸摩擦纳米发电机的拉伸起电层的结构示意图；
[0034]图2为本专利技术实施例中可拉伸摩擦纳米发电机的电极层的结构示意图；
[0035]图3为本专利技术另一实施例中可拉伸摩擦纳米发电机的制备流程图。
[0036]附图标记说明：
[0037]1-拉伸起电层；11-第一腔体；12-孔道；121-连接通道；122-第二腔体；2-电极层。
具体实施方式
[0038]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。
[0039]结合图1、2所示，本专利技术实施例提供一种可拉伸摩擦纳米发电机，包括：
[0040]拉伸起电层1，其内限定一封闭腔体，封闭腔体内适于填充液态金属，封闭腔体包括第一腔体11和沿第一腔体11周向分布的多个孔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可拉伸摩擦纳米发电机，其特征在于，包括：拉伸起电层(1)，其内设置一封闭腔体，所述封闭腔体内适于填充液态金属，所述封闭腔体包括第一腔体(11)和沿所述第一腔体(11)周向分布的多个孔道(12)，所述液态金属适于在所述孔道(12)与所述第一腔体(11)之间流动；电极层(2)，所述电极层(2)适于与所述拉伸起电层(1)的表面连接。2.根据权利要求1所述的可拉伸摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第一腔体(11)为正泊松比环形结构，所述孔道(12)为负泊松比结构，或者，所述第一腔体(11)为负泊松比环形结构，所述孔道(12)为正泊松比结构。3.根据权利要求2所述的可拉伸摩擦纳米发电机，其特征在于，所述孔道(12)的与所述第一腔体(11)连接的一端的截面积小于所述孔道(12)的远离所述第一腔体(11)的一端的截面积。4.根据权利要求2所述的可拉伸摩擦纳米发电机，其特征在于，所述孔道(12)包括第二腔体(122)和连接通道(121)，所述连接通道(121)用于连接所述第一腔体(11)和所述第二腔体(122)。5.一种可拉伸摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，包括：将拉伸起电层(1)的前驱体材料置于模具中进行固化处理，得到内部设置有封闭腔体的拉伸起电层(1)，所述封闭腔体内适于填充液态金属，所述封闭腔体包括第一腔体(11)和沿所述第一腔体(11)周向分布的多个孔道(12)，所述液态金属适于在所述第一腔体(11)和所述孔道(12)之间流动；利用高压静电喷涂液态金属微纳米颗粒和高压静电纺丝高分子弹性体材料同时进行的方法，制得电极层(2)；将所述拉伸起电层(1)与所述电极层(2)组装在一起，制得可拉伸摩擦纳米发电机。6.根据权利要求5所述的可拉伸摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，所述将拉伸起电层(1)的前驱体材料置于模具中进行固化处理，得到内部限定有封闭腔体的拉伸起电层(1)包括：将所述拉伸起电层(1)的前驱体材料置于第一模具中固化处理，得到第一模型，所述第一模型的其中一个表面上设置有凹槽结构，所述凹槽结构包括设置在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱光，曹晋玮，梁飞，
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：