本发明专利技术涉及一种具有多层结构摩擦层的摩擦纳米发电机及制备和应用。该发电机包括基底、正摩擦层、负摩擦层、电极、导线和连接弹簧。其中负摩擦层由硅橡胶包裹Mxene/三聚氰胺泡沫层和TiO2纳米管阵列自吸附组成，即Mxene/三聚氰胺泡沫层/硅橡胶/TiO2层。Mxene/三聚氰胺泡沫层/硅橡胶/TiO2层通过电子传递和捕获的方式能够有效提升摩擦纳米发电机的电荷密度，进一步提升摩擦纳米发电机的电输出性能。该摩擦纳米发电机能将环境中的机械能转化为电能，并可以广泛应用到电化学阴极保护领域。并可以广泛应用到电化学阴极保护领域。并可以广泛应用到电化学阴极保护领域。
【技术实现步骤摘要】
一种具有多层结构摩擦层的摩擦纳米发电机及制备和应用
[0001]本专利技术属于发电机及其制备和应用领域，尤其涉及一种具有多层结构摩擦层的摩擦纳米发电机及制备和应用。
技术介绍
[0002]随着时代发展人类对能源的利用和需求日益增长，而且因能源问题导致的导致环境破坏也日益突出，全球气候危机频发。传统化石能源是目前人类赖以发展的主要能源，但其数量有限，这将在不久的将来严重限制人类的发展，甚至造成毁灭性的灾难。因此，资源短缺和能源危机将是人类未来需要解决的重要困难。随着“双碳”目标的提出，大力发展新能源是解决能源问题和实现低碳化的最佳选择。近些年，科学家们在新型能源的开发方面做出了不少贡献，其中2012年王中林团队提出的摩擦纳米发电技术能够转化环境中低频和无序的低品位的机械能为电能，并且可以即时驱动功能电子器件；在人类的日常生活中，许多能量，诸如人体运动、海浪翻滚、空气流动等产生的能量均可以被摩擦纳米发电机收集；因此。摩擦纳米发电机的发展无论在在化解能源危机，还是造福人类和提高生活质量方面都有重大的意义。另外，金属腐蚀防护方面能源和资源问题也尤为突出。腐蚀是全世界面临的共同问题，会造成重大的财产损失，而且严重威胁人类生命安全。由于金属腐蚀失效导致的灾难更是数不胜数。电化学阴极保护是腐蚀防护的重要手段，主要包含外加电流阴极保护和牺牲阳极阴极保护。其中，外加电流阴极保护需要外部电力系统的支持。传统外加电流阴极保护是在现有电力系统下支配实现，一般比较适合电力系统发达的地区。对于电力匮乏的远洋环境及环境复杂的偏远地带依然很难实现电化学阴极保护。摩擦纳米发电技术在采集转化环境中任何机械性能为电能方面的优势能够有效解决偏远环境无法实现电化学阴极保护的问题。因此，开发和利用摩擦纳米发电机，并提摩擦纳米发电机输出性能实现电化学阴极保护具有重要意义。
技术实现思路
[0003]本专利技术目的在于提供一种具有多层结构摩擦层的摩擦纳米发电机及制备和应用。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用技术方案为：
[0005]一种具有多层结构摩擦层的摩擦纳米发电机，摩擦纳米发电机包括电极、导线和连接基底弹簧，
[0006]电极，分为顶部电极和底部电极，所述顶部电极由正摩擦层和上基底组成；所述底部电极由具有多层结构的负摩擦层和下基底组成；
[0007]导线，其分别由所述顶部电极和所述底部电极引出；
[0008]至少四个连接基底弹簧，用于连接所述上基底和所述下基底。
[0009]所述正摩擦层，其由导电薄膜组成，所述正摩擦层通过泡沫缓冲层粘贴在所述上基底上；
[0010]所述具有多层结构的负摩擦层，其由Mxene/三聚氰胺泡沫层、硅橡胶层和TiO2纳
米管阵列层；所述硅橡胶包裹所述Mxene/三聚氰胺泡沫，通过自吸附黏附在所述TiO2纳米管阵列上，并通过所述泡沫缓冲层粘贴在所述下基底上组成。
[0011]所述Mxene/三聚氰胺泡沫/硅橡胶层和所述TiO2纳米管阵列之间自吸附的黏附正应力＞10N，剪切应力＞2N。所述Mxene/三聚氰胺泡沫的电阻＜200Ω。Mxene/三聚氰胺泡沫/硅橡胶/TiO2层的介电常数＞5.0。所述摩擦纳米发电机工作模式为接触分离式。
[0012]所述具有多层结构的负摩擦层的制备：
[0013](a)热压三聚氰胺泡沫，采用热压板在230～240℃条件下热压，得到热压后的三聚氰胺泡沫；
[0014](b)将Mxene水溶液滴涂到所述热压后的三聚氰胺泡沫获得Mxene/三聚氰胺泡沫层；
[0015](c)浇铸硅橡胶，将硅橡胶组分A和组分B按体积比1：1的配方混匀后，浇铸所述Mxene/三聚氰胺泡沫层，获得Mxene/三聚氰胺泡沫/硅橡胶层；
[0016](d)在Ti箔上制备TiO2纳米管阵列；
[0017](e)将所述Mxene/三聚氰胺泡沫/硅橡胶层自黏附在TiO2纳米管阵列上，获得Mxene/三聚氰胺泡沫/硅橡胶层/TiO2层。
[0018]所述硅橡胶组分A为预聚物(例如，Ecoflex00
‑
10 A；Ecoflex00
‑
30 A；)；组分B为胶粘剂(例如，Ecoflex00
‑
10 B；Ecoflex00
‑
30 B)。
[0019]所述正摩擦层为导电薄膜，例如Al箔，Cu箔，碳布等；
[0020]所述泡沫缓冲层为具有弹性的双面胶带；
[0021]所述基底为由亚克力板或者其他任何具有一定机械强度的材料。
[0022]一种具有多层结构摩擦层的摩擦纳米发电机的制备方法：
[0023]正摩擦层通过泡沫缓冲层粘贴在所述上基底上作为顶部电极；
[0024]具有多层结构的负摩擦层通过自吸附黏附在TiO2纳米管阵列上作为底部电极；
[0025]所述顶部电极和所述底部电极分别引出导线，并至少四个连接基底弹簧，连接所述上基底和所述下基底。
[0026]所述具有多层结构的负摩擦层的制备：
[0027](a)热压三聚氰胺泡沫，采用热压板在230～240℃条件下热压，得到热压后的三聚氰胺泡沫；
[0028](b)将Mxene水溶液滴涂到所述热压后的三聚氰胺泡沫获得Mxene/三聚氰胺泡沫层；
[0029](c)浇铸硅橡胶，将硅橡胶组分A和组分B按体积比1：1的配方混匀后，浇铸所述Mxene/三聚氰胺泡沫层，获得Mxene/三聚氰胺泡沫/硅橡胶层；
[0030](d)在Ti箔上制备TiO2纳米管阵列；
[0031](e)将所述Mxene/三聚氰胺泡沫/硅橡胶层自黏附在TiO2纳米管阵列上，获得Mxene/三聚氰胺泡沫/硅橡胶层/TiO2层。
[0032]所述Mxene水溶液浓度为5％wt～10％wt。
[0033]所述Mxene/三聚氰胺泡沫层在浇铸所述硅橡胶后需在常温下固化时间需＞4h后获得Mxene/三聚氰胺泡沫/硅橡胶层。
[0034]所述硅橡胶组分A为预聚物；组分B为胶粘剂。
[0035]一种具有多层结构摩擦层的摩擦纳米发电机的应用，所述摩擦纳米发电机在电化学阴极保护中的应用。
[0036]本专利技术所具有的优点：
[0037]本专利技术摩擦纳米发电机包括基底、正摩擦层、负摩擦层、电极、导线和连接弹簧。其中基底可由亚克力板或者其他任何具有一定机械强度的材料组成，获取简单易得。正摩擦层由易失电子的导电材料构成制备简单易得且成本低廉。负摩擦层由硅橡胶包裹Mxene/三聚氰胺泡沫层和TiO2纳米管阵列自吸附组成具有多层结构，即Mxene/三聚氰胺泡沫层/硅橡胶/TiO2层，Mxene/三聚氰胺泡沫层/硅橡胶/TiO2层通过电子传递和捕获的方式能够有效提升摩擦纳米发电机的电荷密度，进一步提升摩擦纳米发电机的电输出性能。本专利技术采用三聚氰胺泡沫均匀分散Mxene成功地解决了其在硅橡胶分散难得问题，方法简单易行。从机理方面而言，本专利技术利用Mxe本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有多层结构摩擦层的摩擦纳米发电机，摩擦纳米发电机包括电极、导线和连接基底弹簧，其特征在于：电极，分为顶部电极和底部电极，所述顶部电极由正摩擦层和上基底组成；所述底部电极由具有多层结构的负摩擦层和下基底组成；导线，其分别由所述顶部电极和所述底部电极引出；至少四个连接基底弹簧，用于连接所述上基底和所述下基底。2.根据权利要求1所述的具有多层结构摩擦层的摩擦纳米发电机，其特征在于：所述正摩擦层，其由导电薄膜组成，所述正摩擦层通过泡沫缓冲层粘贴在所述上基底上；所述具有多层结构的负摩擦层，其由Mxene/三聚氰胺泡沫层、硅橡胶层和TiO2纳米管阵列层；所述硅橡胶包裹所述Mxene/三聚氰胺泡沫，通过自吸附黏附在所述TiO2纳米管阵列上，并通过所述泡沫缓冲层粘贴在所述下基底上组成。3.根据权利要求1或2所述的具有多层结构摩擦层的摩擦纳米发电机，其特征在于：所述具有多层结构的负摩擦层的制备：(a)热压三聚氰胺泡沫，采用热压板在230～240℃条件下热压，得到热压后的三聚氰胺泡沫；(b)将Mxene水溶液滴涂到所述热压后的三聚氰胺泡沫获得Mxene/三聚氰胺泡沫层；(c)浇铸硅橡胶，将硅橡胶组分A和组分B按体积比1：1的配方混匀后，浇铸所述Mxene/三聚氰胺泡沫层，获得Mxene/三聚氰胺泡沫/硅橡胶层；(d)在Ti箔上制备TiO2纳米管阵列；(e)将所述Mxene/三聚氰胺泡沫/硅橡胶层自黏附在TiO2纳米管阵列上，获得Mxene/三聚氰胺泡沫/硅橡胶层/TiO2层。4.根据权利要求3所述的具有多层结构摩擦层的摩擦纳米发电机，其特征在于：所述硅橡胶组分A为预聚物；组分B为胶粘剂。5.一种权利要求1所述的具有多层结构摩擦层...
【专利技术属性】
技术研发人员：王秀通，南有博，徐慧，吴沿，周晖，孙亚楠，于腾，王明星，
申请(专利权)人：中国科学院海洋研究所，
类型：发明
国别省市：
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