一种具有磁驱动性的柔性纳米压电膜及其应用制造技术

本发明专利技术公开一种具有磁驱动性的柔性纳米压电膜及其应用，所采用的GO@Fe3O4@CuSNT杂化纳米粒子具有核壳结构，其中间层由纳米Fe3O4组成，壳层由硅酸铜纳米针状阵列构成。该Fe3O4纳米粒子中间层具有磁性，具有磁场响应性。而硅酸铜表面富含的

【技术实现步骤摘要】
一种具有磁驱动性的柔性纳米压电膜及其应用


[0001]本专利技术属于柔性压电纳米发电机领域，具体涉及到一种具有磁驱动性的柔性纳米压电膜及其在制备压电发电机中的应用。

技术介绍

[0002]压电纳米发电机(PENG)可将环境中广泛存在的微弱、无规律的机械能借助纳米压电材料的压电效应有效转化为电能，因其可提供清洁、可再生的新能源而广受关注。但目前PENG的应用场景大多受限于只能将机械应力产生的形变转变为电能。但在生活中，存在许多可以利用的能量。譬如任何通有电流的导线，都会在其周围产生磁场。各种电网中都充斥着工频磁场，若能将这些微弱而杂散磁场能量收集起来，也会是一种清洁能源。另一方面，为了保证用电安全，对输电线路情况进行监控是必要的。目前虽然已经有各种传感器已被用于满足输电线路的长期传感需求，但随着微型传感器系统的逐渐成熟，对的供电方式提出了新的需求。有源供电不适合户外场景，而电池供电又存在容量有限及需要更换的问题。将环境中广泛存在的微弱磁场转变为电能加以储存可为自供电的传感器的开发提供新的思路。
[0003]2012年，王中林采用取向排列的锆钛酸铅纳米线作为压电陶瓷材料，在其两面覆盖上绝缘层后，再在其表面一侧覆盖含Fe3O4的PDMS薄膜充当磁场变化下的驱动层。以此实现了由磁能到机械能再到电能(磁
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机
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电)的转化，获得了磁力驱动的纳米发电机。但是其压电性能由无机材料锆钛酸铅产生，虽然其压电性能较好但存在着脆性较大，柔性不足的局限。而且该纳米发电机的磁驱动面只存在于纳米压电发动机的一侧。只能对一侧的磁场有较为灵敏的驱动响应。
[0004]高分子压电材料则具有加工温度低、低密度、柔韧性好等优点。在高分子压电材料中，聚偏氟乙烯(PVDF)因其压电常数远高于其它压电聚合物而成为目前广泛使用的高分子压电材料。但是与压电陶瓷相比，PVDF的压电性较小而且与其结晶形态密切相关，只有极性的锯齿形β晶型才显示较高的压电性。但通常其β晶相含量较低。需要在PVDF中添加无机填料以提高其β相含量从而提高其压电性。
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供具有磁驱动性的柔性纳米压电发电机及其制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。通过将具有磁性材料结合进PVDF的β相成核剂中，形成了一种新的既具有磁性又具β晶相成核效率的复合纳米粒子，在保留对PVDF高β相成核诱导效果的基础上，赋予其在磁力驱动下的压电效应。以此PVDF纳米纤维膜制备的PENG不仅可以作为多功能能量收集器将机械能或磁场能量转化为电能，还可以作为自供电的多刺激传感器来检测细微的磁性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于：针对上述现有的柔性压电发电机存在着柔性较低、只局限于机械应力驱动，输出电压低等问题，本专利技术提供一种具有磁驱动性的柔性纳米压电发电机
及其制备方法。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采取如下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种具有磁驱动性的柔性纳米压电膜，所述具有磁驱动性的柔性纳米压电膜按如下方法制备：
[0009]S1:GO@Fe3O4的制备:将氧化石墨烯(GO)与乙酰丙酮铁(Fe(acac)3)均匀分散于三乙二醇(TREG)中，保护氛围中250
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300℃搅拌反应20
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60min(优选278℃搅拌反应30min)，冷却至室温(20～30℃)，所得反应液A经后处理A，得到GO@Fe3O4；所述乙酰丙酮铁与所述氧化石墨烯的质量比为2～4：1(优选4：1)；
[0010]S2:GO@Fe3O4@SiO2的制备：将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、去离子水、乙醇、氨水和步骤S1所述的GO@Fe3O4均匀分散，加入正硅酸乙酯(TEOS)超声反应4
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8h(在本专利技术的一个实施例中为6h)，所得反应液B经后处理B，得到GO@Fe3O4@SiO2；所述十六烷基三甲基溴化铵与所述GO@Fe3O4的质量比为3～5：1(优选4.8：1)；所述氨水中所含NH3
·
H20的物质的量以所述GO@Fe3O4的质量计为0.4
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0.6mol/g(优选0.44mol/g)；所述正硅酸乙酯的体积以所述GO@Fe3O4的质量计为10～40mL/g(优选20mL/g)；
[0011]S3:GO@Fe3O4@CuSNT的制备：将步骤S2所述的GO@Fe3O4@SiO2均匀分散于去离子水中，(氨水，浓度为14.8mol/L)调节pH至10
‑
11.5(优选调节pH至11)，加入硝酸铜水溶液，均匀分散，100℃～140℃下反应10
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20小时(优选140℃反应12小时)，所得反应液C经后处理C，得到GO@Fe3O4@CuSNT；所述硝酸铜水溶液中硝酸铜的物质的量以所述GO@Fe3O4@SiO2的质量计为0.015～0.05mol/g(优选0.036mol/g)；
[0012]S4:将步骤S3所述的GO@Fe3O4@CuSNT均匀分散于有机溶剂中，加入PVDF，溶解搅拌均匀，得到纺丝液；静电纺丝，得到所述具有磁驱动性的柔性纳米压电膜(含磁性成核剂的PVDF纳米纤维膜)；所述GO@Fe3O4@CuSNT与PVDF的质量比为0.5～4：100(优选4：100)。
[0013]本专利技术尤其推荐所述具有磁驱动性的柔性纳米压电膜按如下方法制备：
[0014]S1:GO@Fe3O4的制备:将氧化石墨烯(GO)与乙酰丙酮铁(Fe(acac)3)均匀分散于三乙二醇(TREG)中，保护氛围278℃搅拌反应30min，冷却至室温，所得反应液A经后处理A，得到GO@Fe3O4；所述乙酰丙酮铁与所述氧化石墨烯的质量比为4：1；
[0015]S2:GO@Fe3O4@SiO2的制备：将十六烷基三甲基溴化铵、去离子水、乙醇、氨水和步骤S1所述的GO@Fe3O4均匀分散，加入正硅酸乙酯超声反应6h，所得反应液B经后处理B，得到GO@Fe3O4@SiO2；所述十六烷基三甲基溴化铵与所述GO@Fe3O4的质量比为4.8：1；所述氨水中所含NH3
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H20的物质的量以所述GO@Fe3O4的质量计为0.44mol/g；所述正硅酸乙酯的体积以所述GO@Fe3O4的质量计为20mL/g；
[0016]S3:GO@Fe3O4@CuSNT的制备：将步骤S2所述的GO@Fe3O4@SiO2均匀分散于去离子水中，调节pH至11，加入硝酸铜水溶液，均匀分散，140℃反应12小时，所得反应液C经后处理C，得到GO@Fe3O4@CuSNT；所述硝酸铜水溶液中硝酸铜的物质的量以所述GO@Fe3O4@SiO2的质量计为0.036mol/g；
[0017]S4:将步骤S3所述的GO@Fe3O4@CuSNT均匀分散于有机溶剂中，加入PVDF，溶解搅拌均匀，得到纺丝液；静电纺丝，得到所述具有磁驱动性的柔性纳米压电膜；所述GO@Fe3O4@CuSNT与PVDF的质量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有磁驱动性的柔性纳米压电膜，其特征在于所述具有磁驱动性的柔性纳米压电膜按如下方法制备：S1:GO@Fe3O4的制备:将氧化石墨烯与乙酰丙酮铁均匀分散于三乙二醇中，保护氛围中250
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300℃搅拌反应20
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60min，冷却至室温，所得反应液A经后处理A，得到GO@Fe3O4；所述乙酰丙酮铁与所述氧化石墨烯的质量比为2～4：1；S2:GO@Fe3O4@SiO2的制备：将十六烷基三甲基溴化铵、去离子水、乙醇、氨水和步骤S1所述的GO@Fe3O4均匀分散，加入正硅酸乙酯超声反应4
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8h，所得反应液B经后处理B，得到GO@Fe3O4@SiO2；所述十六烷基三甲基溴化铵与所述GO@Fe3O4的质量比为3～5：1；所述氨水中所含NH3
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H20的物质的量以所述GO@Fe3O4的质量计为0.4
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0.6mol/g；所述正硅酸乙酯的体积以所述GO@Fe3O4的质量计为10～40mL/g；S3:GO@Fe3O4@CuSNT的制备：将步骤S2所述的GO@Fe3O4@SiO2均匀分散于去离子水中，调节pH至10
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11.5，加入硝酸铜水溶液，均匀分散，100℃～140℃下反应10
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20小时，所得反应液C经后处理C，得到GO@Fe3O4@CuSNT；所述硝酸铜水溶液中硝酸铜的物质的量以所述GO@Fe3O4@SiO2的质量计为0.015～0.05mol/g；S4:将步骤S3所述的GO@Fe3O4@CuSNT均匀分散于有机溶剂中，加入PVDF，溶解搅拌均匀，得到纺丝液；静电纺丝，得到所述具有磁驱动性的柔性纳米压电膜；所述GO@Fe3O4@CuSNT与PVDF的质量比为0.5～4：100。2.如权利要求1所述的具有磁驱动性的柔性纳米压电膜，其特征在于所述具有磁驱动性的柔性纳米压电膜按如下方法制备：S1:GO@Fe3O4的制备:将氧化石墨烯与乙酰丙酮铁均匀分散于三乙二醇中，保护氛围、278℃搅拌反应30min，冷却至室温，所得反应液A经后处理A，得到GO@Fe3O4；所述乙酰丙酮铁与所述氧化石墨烯的质量比为4：1；S2:GO@Fe3O4@SiO2的制备：将十六烷基三甲基溴化铵、去离子水、乙醇、氨水和步骤S1所述的GO@Fe3O4均匀分散，加入正硅酸乙酯超声反应6h，所得反应液B经后处理B，得到GO@Fe3O4@SiO2；所述十六烷基三甲基溴化铵与所述GO@Fe3O4的质量比为4.8：1；所述氨水中所含NH3
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H20的物质的量以所述GO@Fe3O4的质量计为0.44mol/g；所述正硅酸乙酯的体积以所述GO@Fe3O4的质量计为20mL/g；S3:GO@Fe3O4@CuSNT的制备：将步骤S2所述的GO@Fe3O4@S...

【专利技术属性】
技术研发人员：范萍，戚值嘉，黄家驹，蒋均炯，韩镒泽，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：