本发明专利技术涉及一种摩擦电纳米发电机及其制备和应用，所述摩擦电纳米发电机包括背电极、正极摩擦层、负极摩擦层；其中正极摩擦层材料为共轭微孔聚合气凝胶，共轭微孔聚合物具有π电子共轭结构，为电子传输提供便利；其合成方法多样、易功能化修饰、电子结构和禁带宽度可调，在能源存储和收集领域表现出良好的潜力。本发明专利技术所述的共轭微孔聚合物气凝胶基摩擦电纳米发电机表面电荷转移量15
【技术实现步骤摘要】
一种摩擦电纳米发电机及其制备和应用
[0001]本专利技术属于纳米发电机领域，特别涉及一种摩擦电纳米发电机及其制备和应用。
技术介绍
[0002]大量的能源研究工作致力于缓解现代社会巨大的资源危机，从太阳能、风能和生物质等可再生自然资源中获取能源已被证明是应对能源危机的可持续替代方案，并且随着化石燃料的快速消耗，其作用越来越重要。物联网(IoT)时代，生物医疗设备，机器人和工业自动化等应用非常普遍，所有这些设备都需要可持续的能源来维持使用。摩擦电纳米发电机(Triboelectric nanogenerator,TENG)可自发地将环境中的机械能转化为电能，具有效率高、质轻、材料选择多样、多功能和低能耗等优点，是一种新型环境友好型能源器件，它有四种工作模式，分别是垂直接触
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分离式、单电极式、线性滑动式、独立摩擦层式，其中最易实现的是垂直接触
‑
分离式，两种具有不同摩擦极性的材料分别与背电极连接，通过摩擦接触后可感应出等量异号电荷，在外部电路中形成电流。
[0003]关于TENG的许多工作已经证明了其广泛应用的潜力，包括为自给系统的小型电子设备供电，作为医疗、基础设施、人机、环境监测和安全的主动传感器发挥作用。然而，摩擦电纳米发电机循环性差，输出性能受到材料类型、形貌等多重影响。
[0004]共轭微孔聚合物具有全共轭分子链构筑的网络骨架，化学稳定性良好，其内部结构为电子的传输提供便利，通过Sonogashira偶联反应可以生成具有三维结构的纳米管纤维，有效储存静电荷，可用于摩擦接触起电的材料。现有专利CN105731418B在合成领域提出一种以1，3，5
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三乙炔苯和2
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氨基
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3，5
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二溴吡啶为单体通过Sonogashira反应的调控合成了具有空心纳米管结构支撑共轭微孔聚合物气凝胶，并将其高温碳化，制得了一种高纯度的空心碳纳米管材料，但未提及应用领域。
技术实现思路
[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种摩擦电纳米发电机及其制备和应用。
[0006]本专利技术的一种摩擦电纳米发电机，所述摩擦电纳米发电机包括背电极、正极摩擦层、负极摩擦层；其中正极摩擦层材料为共轭微孔聚合物气凝胶。
[0007]优选地，所述负极摩擦层材料FEP；所述电极为铜箔(如铜箔导电胶带)，所述共轭微孔聚合物气凝胶为TEPB和1，4
‑
二溴苯所制得TEPB气凝胶(TEPB Aerogel)，具有空心纳米管状结构。
[0008]所述共轭微孔气凝胶材料由TEPB和1，4
‑
二溴苯在碘化铜和四(三苯基膦)钯的催化下，经Sonogashira反应制得。
[0009]优选地，所述共轭微孔聚合物气凝胶的制备方法包括：将TEPB、1，4
‑
二溴苯、催化剂与溶剂混合，反应，洗涤，干燥得到共轭微孔聚合物气凝胶。
[0010]优选地，所述TEPB中的炔基基团(
‑
C≡CH)与1，4
‑
二溴苯中的溴基团(
‑
Br)的基团摩尔比为(1
‑
3)：(1
‑
4)。
[0011]进一步地，所述TEPB中的炔基基团和1，4
‑
二溴苯中的溴基团官能团摩尔比分别为1:0.5、1:1、1:1.5。
[0012]优选地，所述催化剂为碘化铜、四(三苯基膦)钯中的至少一种；所述溶剂为甲苯、三乙胺中的至少一种，其中三乙胺为Sonogashira反应提供碱性环境，甲苯主要用于溶解单体。
[0013]优选地，所述催化剂为碘化铜和四(三苯基膦)钯，质量比为(10
‑
100)：(10
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100)；所述溶剂为甲苯和三乙胺，体积比为(1
‑
3):(1
‑
4)。
[0014]优选地，所述反应为无水无氧条件下，70
‑
120℃反应24
‑
96h；所述干燥方式为50
‑
100℃真空烘箱烘干。
[0015]进一步地，所述反应为：室温搅拌并加热至反应温度，反应物逐渐产生沉淀并凝固，停止搅拌，继续反应。
[0016]所述洗涤所用溶剂为氯仿、丙酮、水、甲醇，分别洗涤12h以上，最后用甲醇作溶剂，索氏提取24h以上。
[0017]优选地，所述共轭微孔聚合物气凝胶厚度为0.5
‑
2mm，接触面积为3
‑
50cm2，负极摩擦层材料厚度为0.01
‑
2mm，接触面积3
‑
50cm2。
[0018]本专利技术的一种摩擦电纳米发电机的制备方法，包括：
[0019]第一背电极表面设正极摩擦层，第二背电极表面设负极摩擦层，正极摩擦层和负极摩擦材料相对设置，其中在外力作用下正极摩擦层与负极摩擦层能够发生接触和分离。
[0020]进一步地，将气凝胶粘贴在铜箔上组装摩擦电纳米发电机的正极摩擦层材料，FEP膜作为负极摩擦层材料，其大小和正极摩擦层材料大小相同，选择铜箔导电胶带作为背电极分别组装后固定在测试仪器上，完成简易组装。所组装的摩擦电纳米发电机可以将机械能转化为电能。利用线性马达推动两极材料进行往复对撞运动，频率为0.5
‑
5Hz，导线从正极摩擦层材料的背电极处引出，并接在静电计上测试其输出性能。
[0021]本专利技术的一种所述摩擦电纳米发电机在柔性器件领域中的应用。
[0022]有益效果
[0023](1)本专利技术采用Sonogashira反应制备了共轭微孔聚合物气凝胶，制备方法简单，产率高，所得共轭微孔聚合物气凝胶具有较大的比表面积，利于电子传输，并且具有一定的机械强度和良好的耐用性能。
[0024](2)本专利技术利用共轭微孔聚合物气凝胶与FEP膜组装成摩擦电纳米发电机用于发电，通过简单的接触
‑
分离运动即可完成电信号输出，可产生约30
‑
70V的开路电压，1
‑
3μA的短路电流，表面电荷转移量15
‑
42nC，并且可持续输出。
[0025](3)本专利技术制得的共轭微孔聚合物基气凝胶提供了一种解决共轭微孔聚合物难以加工成型特性的方法，并且为摩擦电纳米发电机的选材提供了一种新的思路，拓宽了能源采集的途径，具有巨大的应用潜力。
[0026](4)本专利技术设备简单，工艺流程短，体积可调控，发电性能优良，电输出稳定性好，在柔性器件领域具有广泛应用前景。
附图说明
[0027]图1为实施例1
‑
3中共轭微孔聚合物基气凝胶(TEPB Aerogel)的制备流程，两种单
体在催化剂的作用下，TEPB中的末端炔基基团和1，4
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二溴苯中的溴基团发生Sonogashira偶联反应，生成共轭本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种摩擦电纳米发电机，其特征在于，所述摩擦电纳米发电机包括背电极、正极摩擦层、负极摩擦层；其中正极摩擦层材料为共轭微孔聚合物气凝胶。2.根据权利要求1所述摩擦电纳米发电机，其特征在于，所述负极摩擦层材料为氟乙烯丙烯共聚物(FEP)；所述电极为铜箔；所述共轭微孔聚合物气凝胶为1,3,5
‑
三(4
‑
乙炔苯基)苯气凝胶，具有空心纳米管状结构。3.根据权利要求1所述摩擦电纳米发电机，其特征在于，所述共轭微孔聚合物气凝胶的制备方法包括：将1,3,5
‑
三(4
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乙炔苯基)苯(TEPB)、1,4
‑
二溴苯、催化剂和溶剂混合，反应，洗涤，干燥，得到共轭微孔聚合物气凝胶。4.根据权利要求3所述摩擦电纳米发电机，其特征在于，所述TEPB中的炔基基团(
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C≡CH)与1,4
‑
二溴苯中的溴基团(
‑
Br)的基团摩尔比为(1
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3)：(1
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4)。5.根据权利要求3所述摩擦电纳米发电机，其特征在于，所述催化剂为碘化铜、四(三苯基膦)钯中的至少一种；所述溶剂为甲苯、...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟楠，张豫，廖耀祖，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：
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