一种利用动态共辐照技术制备摩擦电材料的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用动态共辐照技术制备聚丙烯(PP)接枝丙烯酸

【技术实现步骤摘要】
一种利用动态共辐照技术制备摩擦电材料的方法


[0001]本专利技术提供了一种利用动态共辐照技术制备摩擦电材料的方法，属于薄膜材料改性、微量能量收集及摩擦纳米发电机


技术介绍

[0002]随着互联网、物联网与5G时代的到来，越来越多的电子产品出现在日常生活中，在医疗植入、环境健康监测、智能家居等领域，智能可穿戴和便携电子设备发挥关键作用，成为人们日常生活的重要组成部分（Tu H, Zhu M, Duan B, et al. Recent progress in high
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strength and robust regenerated cellulose materials[J]. Advanced Materials, 2021, 33(28): 2000682; Zhang Y, Zhou Z, Sun L, et al. "Genetically engineered" biofunctional triboelectric nanogenerators using recombinant spider silk[J]. Advanced Materials, 2018, 30(50): 1805722）。截止目前，电子器件的供能完全依靠电池来维系，然而，电池存在寿命短、柔性差、体积大、维护频繁和需循环充电等问题，且废旧电池的处理也是建设环境友好型国家的巨大难题。（董慧, 韩文佳, 沈逍安. 柔性纳米发电机及器件的最新研究进展[J]. 中国材料进展, 2021, 40(6): 470<br/>‑
480; 翟永梅. 生物相容性摩擦纳米发电机结构优化及其传感器应用探索[D]. 广西, 广西大学）。因此，开发一种可持续强、柔性高、体积小、安全环保的新型微电子供电方案将成为未来新能源研究的重要方向。
[0003]2012年王中林院士首次提出了基于接触起电和静电感应耦合的摩擦纳米发电机(TENG），开创了能量收集与利用的新时代(Luo J, Gao W, Wang Z L. The triboelectric nanogenerator as an innovative technology toward intelligent sports[J]. Advanced Materials, 2021, 33(17): 2004178
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185)。与传统发电机相比，TENG具有质量轻、结构简单、重量轻、可收集低频低振幅能量等优势；与电池相比，TENG具有可持续供电、环保、使用寿命长等优势，在清洁能源供电方面具有广阔的发展前景。然而，TENG的进一步发展与应用需要提高其电压、电流及电荷量。
[0004]聚合物基复合材料具有极好的耐磨特性、高表面电荷密度以及较好的柔韧性、机械性能和易加工性能等优点，被大量作为摩擦电材料应用于柔性TENG的制造（Zhang Y, Zhou Z, Sun L, et al. "Genetically engineered" biofunctional triboelectric nanogenerators using recombinant spider silk[J]. Advanced Materials, 2018, 30(50): 1805722）。由于接触带电的驱动力与两个表面之间的化学电势差密切相关，有机聚合物材料的化学势与其官能团直接相关，因此，通过引入适当官能团可在不改变本体材料及其主要性质的情况下调节摩擦材料的表面电位，从而提升TENG的电输出性能（Lin W C, Lee S H, Karakachian M, et al. Tuning the surface potential of gold substrates arbitrarily with self
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assembled monolayers with mixed functional groups. Phys Chem Chem Phys, 2009, 11: 6199
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6204）。
[0005]目前，聚合物材料通常通过接枝的方法引入特定的官能团或进行表面修饰，常用
的接枝方法主要有化学接枝、等离子体接枝、预辐照接枝等。但化学接枝技术生产效率低；等离子体接枝技术工艺复杂；预辐照接枝技术一般需要间歇式操作，首先将需要改性的薄膜静置于辐照容器中，以高能射线源辐照活化薄膜表面一段时间，而后小心取出，将辐照活化后的薄膜转移入接枝反应装置，再引入接枝单体溶液进行接枝，该工艺设备生产效率低，难以实现真正大规模连续化生产，接枝率难以保证。动态共辐照接枝技术可使接枝改性与辐照同步进行，不仅工艺简单、能实现大批量生产，还可以实现聚合物薄膜的双重改性（化学改性和物理改性），如接枝的酰胺基团使材料表面更容易发生电子损失（Chengmei Jiang , Qi Zhang , Chengxin He, et al. Plant
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protein
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enabled biodegradable triboelectric nanogenerator for sustainable agriculture[J]. Fundamental Research, 2022, 2(6): 974
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984.）。此外，由于辐照的高能量，一方面能够改变聚合物分子的电子密度，改变介电材料的电子转移能力（Zhang D L, Shi J M, Wang Z L, et al. Probing Polymer Contact Electrification by Gamma
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Ray Radiation[J]. Front. Mater, 2022, 9: 878
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885），另一方面可以使材料内部分子链断裂，缺陷的增加与微孔的出现，使得接触起电与摩擦起电同时发生，从而增强材料表面电子捕获能力和电荷量（Zhong Lin Wang. From contact electrification to triboelectricnanogenerators[J], Rep. Prog. Phys. , 2021, 9(84): 096502），因此，动态共辐射技术的引入，在一定程度上可提升TENG的电输出性能。本专利技术首次将动态共辐照技术用于TENG摩擦电材料的制备，通过动态共辐照接枝技术得到聚丙烯接枝丙烯酸与丙烯酰胺薄膜，并将该薄膜作为摩擦正极性材料与常规摩擦负极性材料组成TENG的对电极，有效提高了TENG的电输出性能。该技术可一步完成对聚合物表面的双重改性，既能实现连续高效率生产，又能保证产品的质量稳定和性能优良，为TENG摩擦材料的工业化生产打开了新思路，为优化TENG结构、提高TENG的电输出性能提供了新途径。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种利用动态共辐照技术制备聚丙烯接枝丙烯酸与丙烯酰胺摩擦电材料的方法，该方法简单高效，可有效优化TENG的结构及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用动态共辐照技术制备摩擦电材料的方法，其特征在于，具体制备步骤为：（1）PP膜的预处理：将商用PP膜置于丙酮溶液中浸泡洗涤，再用去离子水反复冲洗后，常温下晾干待用；（2）接枝单体溶液的配制：将接枝单体丙烯酸（AA）与丙烯酰胺（AAM）按质量比为0.5~2：1、以去离子水为溶剂，配制成质量浓度为10%~30%的单体AA
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AAM水溶液；（3）聚丙烯接枝AA
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AAM（PP
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g
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AA
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AAM）膜的制备：将预处理后的商用PP膜置于动态共辐照装置中，按照浴比（溶液体积：膜质量）为10~30同时加入步骤（2）配置的单体AA
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AAM水溶液及硫酸亚铁阻聚剂，硫酸亚铁用量为PP膜质量的0.5%~1.5%，以Co
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【专利技术属性】
技术研发人员：覃爱苗，潘娅婷，陆曼丽，廖雷，黄斯怡，朱安瑞，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：