一种柔性压电纳米发电机制造技术

本发明专利技术公开了一种柔性压电纳米发电机，所述压电纳米发电机包括层叠设置的第一绝缘层、第一金属电极层、压电材料层、第二金属电极层、第二绝缘层；所述压电材料层包括纳米复合材料。将本发明专利技术中的纳米复合材料制备成压电纳米发电机，则具有较好的灵敏性，在不同的压力或不同的应用场景下具有不同的输出电压，对不同的音节具有识别的功能，可以满足不同应用场景的需求，实现了对人体呼吸、面部表情、手指运动等人体活动的高灵敏监测；此外，由于本发明专利技术中的压电纳米发电机具有较好的灵敏度，因此，其适用范围较广，对不同健康状况的人都适用。对不同健康状况的人都适用。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性压电纳米发电机


[0001]本专利技术属于纳米发电机
，具体涉及一种柔性压电纳米发电机。

技术介绍

[0002]尽管目前市场上有太多的设备可以监测血压、心率、血糖水平、体温、体内电解质和呼吸频率等，但这些设备具有尺寸较大、响应时间较长的缺点，且这些设备的形状大多是刚性的板状或者腕表、手环。灵活的可穿戴设备凭借其灵活性、小尺寸和快速响应时间的优势而成为医疗监控应用程序的理想候选。然而，这些设备大多需要电源，而且其充电单元占用空间较大，且消耗完毕后需要更换充电单元，限制了这些设备的使用效率。为了克服这个问题，开发自供电的可穿戴设备成为有效的解决途径。近年来，基于摩擦电纳米发电机(Triboelectric nanogenerators,TNG)和压电纳米发电机(Piezoelectric nanogenerator,PNG)的可穿戴柔性传感器被报道，它们可以将机械能转化为电能。这些纳米发电机的制造方法使它们能够感知细微的振动并从中产生能量。虽然TNGs更敏感，能够产生更高的电压，但是其复杂的制造技术限制了其应用。然而，目前报道的大多数基于PNG的传感器产生的电压相对较小，灵敏度也较差。因此，制备一种具有线性敏感、宽范围灵活性的PNG对于能量采集和人体健康监测具有重要的意义。
[0003]无机纳米材料(例如ZnO、BaTiO3、ZnSnO3、PZT和NbO3)是已知的高性能纳米材料。尽管其具有良好的机电耦合性能，但是其脆性、毒性、刚性和抗冲击性能差，限制了其在可穿戴电子领域中的广泛应用。另一方面，压电聚合物(例如聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride，PVDF)、聚酰胺、聚偏氟乙烯
‑
三氟乙烯(PVDF
‑
TrFE))显示了良好的生物相容性和力学性能，但它们的压电性能也很差。因此，亟需寻找一种新的具有可穿戴的，高灵敏度的柔性PNG的制备方法。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的之一在于提供一种纳米复合材料。
[0005]本专利技术的目的之二在于提供一种纳米复合材料的制备方法。
[0006]本专利技术的目的之三在于提供一种纳米复合材料在传感、医学检测或可穿戴设备中的应用。
[0007]本专利技术的目的之四在于提供一种压电纳米发电机。
[0008]本专利技术的目的之五在于提供一种可穿戴设备。
[0009]为了实现上述专利技术目的，本专利技术所采取的技术方案是：
[0010]本专利技术的第一方面提供了一种纳米复合材料，所述纳米复合材料是由包括金属氧化物
‑
单宁酸金属有机框架和PVDF的原料制成。
[0011]根据本专利技术的第一方面，在本专利技术的一些实施方式中，所述金属氧化物
‑
单宁酸金属有机框架和PVDF的质量比为1:(40～60)；在本专利技术的一些优选实施方式中，所述金属氧
化物
‑
单宁酸金属有机框架和PVDF的质量比为1:(45～55)；在本专利技术的一些更优选实施方式中，所述金属氧化物
‑
单宁酸金属有机框架和PVDF的质量比为1:50。
[0012]在本专利技术的一些实施方式中，所述金属氧化物
‑
单宁酸金属有机框架包括CuO
‑
单宁酸、ZnO
‑
单宁酸、CdO
‑
单宁酸、Ag2O
‑
单宁酸中的至少一种。在本专利技术的一些优选实施方式中，所述金属氧化物
‑
单宁酸金属有机框架包括CuO
‑
单宁酸、ZnO
‑
单宁酸、CdO
‑
单宁酸或Ag2O
‑
单宁酸。在本专利技术的一些更优选实施方式中，所述金属氧化物
‑
单宁酸金属有机框架为CuO
‑
单宁酸。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，所述金属氧化物
‑
单宁酸金属有机框架为纳米片状材料。
[0014]在本专利技术的一些实施方式中，所述纳米复合材料为片状。
[0015]本专利技术的第二方面提供了本专利技术第一个方面提供的纳米复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：将金属氧化物
‑
单宁酸金属有机框架和PVDF的混合溶液涂覆成膜，制得所述纳米复合材料。
[0016]在本专利技术的一些实施方式中，所述混合溶液中的溶剂包括N,N
‑
二甲基甲酰胺或聚乙烯吡咯烷酮。在本专利技术的一些优选实施方式中，所述混合溶液中的溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺。
[0017]在本专利技术的一些实施方式中，所述涂覆采用滴落涂布法进行。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，所述滴落涂布法具体为：将金属氧化物
‑
单宁酸金属有机框架和PVDF的混合溶液涂覆于基材板上，然后干燥成膜，去除基材板，制得所述纳米复合材料。
[0019]在本专利技术的一些优选实施方式中，所述干燥成膜的温度为60～90℃。
[0020]在本专利技术的一些优选实施方式中，所述干燥成膜的时间为1～3h。
[0021]在本专利技术的一些优选实施方式中，所述去除基材板的步骤具体为：将含有纳米复合材料的基材板冷却至20～30℃后用镊子将基材板上的薄膜剥离。在本专利技术的一些更优选实施方式中，所述去除基材板的步骤具体为：将含有纳米复合材料的基材板冷却至25℃后用镊子将基材板上的薄膜剥离。
[0022]在本专利技术的一些优选实施方式中，所述基材板为玻璃片。
[0023]在本专利技术的一些优选实施方式中，所述金属氧化物具有纳米结构；在本专利技术的一些更优选实施方式中，所述金属氧化物为纳米球状；
[0024]在本专利技术的一些优选实施方式中，所述金属氧化物通过水热法制备得到。
[0025]在本专利技术的一些优选实施方式中，所述水热法具体为将金属盐和碳酸盐的混合溶剂在温度为180～250℃下反应。
[0026]在本专利技术的一些优选实施方式中，所述金属盐为硫酸铜、硫酸锌、硝酸镉或硝酸银。
[0027]在本专利技术的一些优选实施方式中，所述碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠或碳酸氢钾。
[0028]在本专利技术的一些优选实施方式中，所述水热法的反应时间为3～5h。
[0029]在本专利技术的一些优选实施方式中，所述金属氧化物
‑
单宁酸金属有机框架的制备方法包括以下步骤：将Pluronic F
‑
127与单宁酸混合，然后与金属氧化物混合并进行水热
反应，制得所述金属氧化物
‑
单宁酸金属有机框架。
[0030]在本专利技术的一些优选实施方式中，所述将Pluronic F
‑
127与单宁酸混合的步骤具体为：将Pluronic F
‑
127溶解于乙醇、氨水和水的混合溶剂中，然后加入单宁酸继续混合。
[0031]在本专利技术的一些本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米复合材料，其特征在于，所述纳米复合材料是由包括金属氧化物
‑
单宁酸金属有机框架和PVDF的原料制成。2.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其特征在于，所述金属氧化物
‑
单宁酸金属有机框架和PVDF的质量比为1:(40～60)。3.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其特征在于，所述金属氧化物
‑
单宁酸金属有机框架包括CuO
‑
单宁酸、ZnO
‑
单宁酸、CdO
‑
单宁酸、Ag2O
‑
单宁酸中的至少一种。4.根据权利要求1至3任一项所述的纳米复合材料，其特征在于，所述纳米复合材料为片状。5.权利要求1～4任一项所述的纳米复合材料的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑凤娇，刘楠，周立华，钟宋，郑小玲，
申请(专利权)人：中国人民解放军南部战区空军医院，
类型：发明
国别省市：