一种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摩擦纳米发电机及其制备方法，涉及摩擦纳米发电技术领域。所述方法包括：同时进行静电纺丝和静电喷涂，其中，静电喷涂材料包括高电负性纳米材料如聚四氟乙烯纳米颗粒和聚全氟化乙丙烯纳米材料。本发明专利技术通过混纺技术同时进行静电纺丝和高电负性纳米材料的静电喷涂，一步法高效制备静电纺丝复合膜。同时，本发明专利技术通过使用高压负极喷涂高电负性纳米颗粒，实现电晕极化的作用，使得静电喷涂的高电负性材料可以携带更多的负电荷，从而提高复合纺丝膜的电性能。提高复合纺丝膜的电性能。提高复合纺丝膜的电性能。

【技术实现步骤摘要】
一种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
，具体而言，涉及一种摩擦纳米发电机及其制备方法。

技术介绍

[0002]柔性电子由于其质地轻、高性能、高度贴合人体皮肤等优势，在健康监测、智能可穿戴设备上有着广泛的潜在应用。相比于目前大多数的需要电源驱动的电容式、电阻式可穿戴传感器，基于摩擦起电和静电感应效应的摩擦纳米发电机由于无需电源因此在电子皮肤、能源收集等方面有着巨大优势。其中，摩擦负极材料在摩擦纳米发电机中起着重要的作用，然而目前普遍使用的电负性较大的PTFE(聚四氟乙烯)或FEP(全氟乙烯丙烯共聚物)等材料质地较硬，因此拉伸性较差，而拉伸性较好的弹性体如PDMS、硅胶等电负性比较差，难以制备出高性能的拉伸应变型的摩擦纳米发电机，且制备工艺复杂。

技术实现思路

[0003]本专利技术解决的问题是目前大多数的拉伸型摩擦纳米发电机存在拉伸应变性能差或者发电性能较差等缺陷，难以制备出高性能、高拉伸应变型的摩擦纳米发电机。
[0004]为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制备方法，包括：
[0005]分别配制纺丝溶液、第一喷涂分散液和第二喷涂分散液，其中，所述第一喷涂分散液是将高电负性纳米材料与分散溶液混合并经搅拌分散后得到，所述高电负性纳米材料包括聚四氟乙烯纳米颗粒和聚全氟化乙丙烯纳米材料中的一种，所述第二喷涂分散液是将银纳米线分散在乙醇中得到；
[0006]将所述纺丝溶液和所述第一喷涂分散液分别连接负高压端，接收滚筒连接正高压端，同时进行静电纺丝与高电负性纳米材料的静电喷涂，制得第一复合纺丝膜；
[0007]将所述纺丝溶液和所述第二喷涂分散液分别连接正高压端，所述接收滚筒连接负高压端，同时进行静电纺丝与银纳米线的静电喷涂，制得第二复合纺丝膜；
[0008]将所述第一复合纺丝膜与所述第二复合纺丝膜贴合在一起，并在所述第二复合纺丝膜上连接导电电极，得到摩擦纳米发电机。
[0009]较佳地，所述纺丝溶液是将纺丝母粒加入分散液中，常温下磁力搅拌5
‑
8h得到，其中，纺丝母粒包括TPU颗粒、聚乳酸、尼龙和聚乙烯醇中的一种。
[0010]较佳地，所述纺丝溶液中所述纺丝母粒的质量百分数为4
‑
6％。
[0011]较佳地，所述将高电负性纳米材料与分散溶液混合并经搅拌分散包括：将所述高电负性纳米材料加入所述分散溶液中，并加入磁力搅拌子，密封后在常温下超声分散1h，再磁力搅拌2h，得到所述第一喷涂分散液。
[0012]较佳地，所述同时进行静电纺丝与高电负性纳米材料的静电喷涂时，所述静电纺丝的参数包括：助推速度为0.02
‑
0.08ml/分钟，平移速度为60
‑
100mm/分钟，纺丝温度为40
℃，湿度30％，时间为3
‑
7h。
[0013]较佳地，所述同时进行静电纺丝与高电负性纳米材料的静电喷涂时，所述接收滚筒的转速为50
‑
150转/分钟，所述正高压端的电压值为2kV，所述负高压端的电压值为9kV。
[0014]较佳地，所述同时进行静电纺丝与银纳米线的静电喷涂时，所述静电纺丝的参数包括：助推速度为0.02
‑
0.08ml/分钟，平移速度为60
‑
100mm/分钟，纺丝温度为40℃，湿度30％，时间为3
‑
7h。
[0015]较佳地，所述同时进行静电纺丝与银纳米线的静电喷涂时，所述接收滚筒的转速为50
‑
150转/分钟，所述负高压端的电压值为2kV，所述正高压端的电压值为9kV。
[0016]较佳地，所述将所述第一复合纺丝膜与所述第二复合纺丝膜贴合在一起，并在所述第二复合纺丝膜上连接导电电极包括：
[0017]将所述第一复合纺丝膜与所述第二复合纺丝膜用VHB双面胶贴合在一起，并用铜导线和银浆从所述第二复合纺丝膜上引出作为导电电极。
[0018]本专利技术的制备方法相较于现有技术的优势在于：
[0019]本专利技术通过混纺技术同时进行静电纺丝和高电负性纳米材料的静电喷涂，一步法高效制备静电纺丝复合膜。同时，本专利技术通过使用高压负极喷涂高电负性纳米颗粒，实现电晕极化的作用，使得静电喷涂的高电负性材料可以携带更多的负电荷，从而提高复合纺丝膜的电性能。另外，本专利技术制备的复合膜结构能有效防止在拉伸或形变过程中高电负性纳米材料的脱落，从而提升摩擦纳米发电机的耐久稳定性。
[0020]本专利技术还提供一种摩擦纳米发电机，采用所述的摩擦纳米发电机的制备方法制得。
[0021]本专利技术的摩擦纳米发电机相较于现有技术的优势与摩擦纳米发电机的制备方法相较于现有技术的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例中摩擦纳米发电机的制备方法流程图；
[0023]图2为本专利技术实施例中摩擦纳米发电机的混纺制备过程示意图。
具体实施方式
[0024]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。
[0025]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制备方法，包括：
[0026]分别配制纺丝溶液、第一喷涂分散液和第二喷涂分散液，其中，所述第一喷涂分散液是将高电负性纳米材料与分散溶液混合并经搅拌分散后得到，所述高电负性纳米材料包括聚四氟乙烯(PTFE)纳米颗粒和聚全氟化乙丙烯(FEP)纳米材料中的一种，所述第二喷涂分散液是将银纳米线分散在乙醇中得到；
[0027]将所述纺丝溶液和所述第一喷涂分散液分别连接负高压端，接收滚筒连接正高压端，同时进行静电纺丝与高电负性纳米材料的静电喷涂，制得第一复合纺丝膜；
[0028]将所述纺丝溶液和所述第二喷涂分散液分别连接正高压端，所述接收滚筒连接负高压端，同时进行静电纺丝与银纳米线的静电喷涂，制得第二复合纺丝膜；
[0029]将所述第一复合纺丝膜与所述第二复合纺丝膜贴合在一起，并在所述第二复合纺丝膜上连接导电电极，得到摩擦纳米发电机。
[0030]本实施例通过配制纺丝溶液用于静电纺丝，以得到纺丝膜，同时将配制的带有PTFE等高电负性纳米材料的第一喷涂分散液喷涂至纺丝膜上，得到复合纺丝膜，从而通过一步法原位混合纺丝制备复合薄膜，制备效率高，且这种一步式原位混合纺丝的方法，不仅能将PTFE等纳米颗粒均匀的复合在纺丝纤维膜内，有效保护固定在纺丝纤维上的PTFE纳米颗粒，使之不会轻易的因为拉伸、弯曲等形变而从纺丝膜上脱离，从而提升复合膜的耐久性。同时，由于本实施例采用双喷头式原位极化混纺技术，两端喷头均连接高压负极，气质一端用于静电纺丝制备纺丝薄膜，另一端用于高压负极静电喷涂，在使用高压负极喷涂PTFE等纳米颗粒时，在PTFE等纳米颗粒溶液从连接负高压的喷头挤出时，在高压电场的作用下，喷头附近的空气发生电离释放出电子，使得喷出的PTFE等本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，包括：分别配制纺丝溶液、第一喷涂分散液和第二喷涂分散液，其中，所述第一喷涂分散液是将高电负性纳米材料与分散溶液混合并经搅拌分散后得到，所述高电负性纳米材料包括聚四氟乙烯纳米颗粒和聚全氟化乙丙烯纳米材料中的一种，所述第二喷涂分散液是将银纳米线分散在乙醇中得到；将所述纺丝溶液和所述第一喷涂分散液分别连接负高压端，接收滚筒连接正高压端，同时进行静电纺丝与高电负性纳米材料的静电喷涂，制得第一复合纺丝膜；将所述纺丝溶液和所述第二喷涂分散液分别连接正高压端，所述接收滚筒连接负高压端，同时进行静电纺丝与银纳米线的静电喷涂，制得第二复合纺丝膜；将所述第一复合纺丝膜与所述第二复合纺丝膜贴合在一起，并在所述第二复合纺丝膜上连接导电电极，得到摩擦纳米发电机。2.根据权利要求1所述的摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，所述纺丝溶液是将纺丝母粒加入分散液中，常温下磁力搅拌5
‑
8h得到，其中，所述纺丝母粒包括TPU颗粒、聚乳酸、尼龙和聚乙烯醇中的一种。3.根据权利要求2所述的摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，所述纺丝溶液中所述纺丝母粒的质量百分数为4
‑
6％。4.根据权利要求1所述的摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，所述将高电负性纳米材料与分散溶液混合并经搅拌分散包括：将所述高电负性纳米材料加入所述分散溶液中，并加入磁力搅拌子，密封后在常温下超声分散1h，再磁力搅拌2h，得到所述第一喷涂分散液。5.根据权利要求1所述的摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，所述同时进行静电纺丝与高电负性纳米材料的静电喷涂时，所述静电纺丝的参数包括：助推...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱光，徐进，李华阳，李欣，
申请(专利权)人：宁波诺丁汉大学，
类型：发明
国别省市：