【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及复合材料，具体涉及一种具有多孔结构的聚乳酸/二钛酸钡薄膜、压电能量收集器及制备方法和应用。
技术介绍
1、工业化进程的快速推进为能源领域提出了重大挑战，化石能源的日渐枯竭迫使人们发掘新型能源以应对眼前的能源危机。基于压电效应的压电材料因具有将机械能与电能相互转化的特殊能力，因而在机械能收集领域受到广泛研究。目前，广泛的研究集中在将具有高压电性能的纳米填料与高柔性聚合物复合，达到结合二者优势开发高性能压电能量收集器的目的。尽管科研人员已经对此类材料进行了广泛而深入的研究，但就目前而言，压电能量收集材料仍然具有输出信号低、工艺繁琐、危害环境等问题阻碍其广泛应用。非钙钛矿结构的二钛酸钡(bt2)因具有高压电常数和低介电常数，而被认为是构建高性能压电能量收集器的理想填料。此外，聚乳酸(plla)因具有生物可降解、资源广泛、可重复利用等优势而广受关注。在众多复合薄膜制备工艺中，热致相分离技术可以为复合薄膜提供尺寸均匀、分布均匀的孔隙，不仅有利于实现薄膜的柔韧性，也有利于提高其应用的灵活性。
2、本领域技术人员通过静电纺丝制备plla/铌酸钠钾@聚多巴胺复合纳米纤维。铌酸钾钠@聚多巴胺纳米线的成功掺入plla纤维复合薄膜使薄膜样品在超声波作用下测得的开路电压提升了37.9倍，短路电流提升了21.7倍，实现了高性能和可生物降解有效结合。静电纺丝形成的纤维网络结构极大拓宽了复合纤维薄膜的应用场景。然而，由于技术特性，该工艺存在生产效率低、难以避免的原料浪费、对温度、湿度要求高等问题限制了大规模生产。
3、现
4、目前该领域已经广泛报道了利用静电纺丝、旋涂等常规方式将聚偏二氟乙烯、plla等聚合物与钛酸钡、锆钛酸铅、铌酸钾钠等压电陶瓷颗粒复合的方法。然而，已公开的制备方法中，资源浪费、良品率低、工艺复杂等问题限制了纳米复合薄膜的大规模生产。此外，由于压电能量收集器的压电性能主要源自压电纳米填料，然而部分填料如锆钛酸铅等因毒性会严重影响人体健康，在实际应用中受阻。因此，通过热致相分离制备多孔结构的聚乳酸/二钛酸钡柔性压电能量收集器对提高压电能量收集器、提高应用广泛性具有重要意义。
技术实现思路
1、针对上述
技术介绍
中存在的不足，本专利技术主要针对压电复合薄膜存在的电信号输出低、应用灵活性较差、制备过程繁琐等限制进一步应用的缺点。本专利技术提供一种具有多孔结构的聚乳酸/二钛酸钡薄膜、压电能量收集器及制备方法和应用。该方法采用bt2作为压电纳米填料，plla作为负载基体，通过简单的冷冻干燥在聚合物中产生弥散的微米孔隙。在低温冷冻过程中，由于扩散作用液相中同时出现贫溶质区和富溶质区，最后在溶剂升华后产生孔隙。
2、本专利技术第一个目的是提供一种具有多孔结构的聚乳酸/二钛酸钡薄膜的制备方法，包括以下步骤：
3、制备硅烷偶联剂表面改性的二钛酸钡纳米棒；
4、将聚乳酸均匀分散于有机溶剂中，再加入表面改性的二钛酸钡纳米棒，混合均匀后，获取前驱体溶液；
5、将前驱体溶液涂覆于基板上，经冷冻干燥，并除去溶剂后，获取聚乳酸/二钛酸钡纳米棒复合薄膜；
6、将聚乳酸/二钛酸钡纳米棒复合薄膜置于90～120℃的环境中进行0.7～2h的退火处理，即得具有多孔结构的聚乳酸/二钛酸钡薄膜。
7、优选的，所述冷冻干燥的温度为-100～-40℃，冷冻处理时长为4～12h；
8、所述除去溶剂是将前驱体溶液涂覆于基板经冷冻干燥后，于真空室中，经抽真空使溶剂升华12～24h。
9、优选的，所述聚乳酸(plla)均匀分散于有机溶剂过程，包括：将聚乳酸加入有机溶剂后，于50～65℃的温度下搅拌4～10h；
10、所有有机溶剂为1,4-二氧六环、二氯甲烷或三氯甲烷。
11、优选的，将前驱体溶液涂覆于基板上的厚度为0.4～0.8mm。
12、优选的，所述聚乳酸与表面改性的二钛酸钡纳米棒质量比为1:0.05～0.25。
13、优选的，所述硅烷偶联剂表面改性的二钛酸钡纳米棒是按照以下步骤制得：将碳酸钡、二氧化钛、氯化钠、氯化钾质量比为1:2:10:10称取，经球磨、烘干、过筛得到均匀混合的粉末；
14、将粉末转移到刚玉坩埚中，在800～900℃的温度下煅烧5h，冷却至室温后，将煅烧产物用去离子水洗涤若干次，烘干得到二钛酸钡纳米棒，然后用硅烷偶联剂对二钛酸钡纳米棒进行表面改性处理，即得硅烷偶联剂表面改性的二钛酸钡纳米棒。
15、本专利技术第二个目的是提供一种具有多孔结构的聚乳酸/二钛酸钡薄膜。
16、本专利技术第三个目的是提供一种具有多孔结构的聚乳酸/二钛酸钡薄膜在压电能量收集器中的应用。
17、本专利技术第四个目的是提供一种压电能量收集器，该收集器中的压电材料包括上述的具有多孔结构的聚乳酸/二钛酸钡薄膜。
18、本专利技术第五个目的是提供一种压电能量收集器的制备方法，包括以下步骤：
19、将具有多孔结构的聚乳酸/二钛酸钡薄膜作为压电材料，在其正面和反面均粘贴铜电极，并在50～70℃、6000～10000v的条件下进行电晕极化，极化完成后分别在两个电极处引出导线并用聚酰亚胺胶带封装，即得压电能量收集器。
20、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
21、本专利技术提供的一种具有多孔结构的聚乳酸/二钛酸钡薄膜、压电能量收集器及其制备方法和应用，该方法利用热致相分离技术在plla/bt2复合薄膜中构造均匀分布的微米级孔隙。plla基体聚合物使复合薄膜具有环境友好、可降解的优势，bt2高性能纳米填料赋予了复合薄膜优异的压电性能，多孔结构实现了复合薄膜的柔软性以及应用灵活性，因此该具有多孔结构的plla/bt2柔性压电能量收集器实现了良好的性能结合。该制备工艺操作简单、工艺稳定，并且可以定制不同规格的样品，具有大规模生产、应用的潜力。
22、本专利技术首先通过熔盐法制备了bt2 nrs，为了使其在plla溶液中均匀分散，对其进行了表面改性，通过磁力搅拌和超声的交替作用得到成分均匀的bt2/plla悬浊液，通过流延将悬浊液均匀地铺平在玻璃基板上，然后通过冷冻使液相分离，产生富溶质区和贫溶质区，在之后干燥过程中贫溶质区形成孔隙，最终得到具有多孔结构的plla/bt2薄膜。本专利技术结合了流延和冷冻干燥的技术成功制备了具有多孔结构的plla/bt2薄膜，基于该薄膜构建的压电能量收集器在压电信号输出、产物尺寸定制、制备成本等方面具有很大的优势，因此在相关领域中具有广泛的应用前景。
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1.一种具有多孔结构的聚乳酸/二钛酸钡薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的具有多孔结构的聚乳酸/二钛酸钡薄膜的制备方法，其特征在于，所述冷冻干燥的温度为-100～-40℃，冷冻处理时长为4～12h；
3.根据权利要求1所述的具有多孔结构的聚乳酸/二钛酸钡薄膜的制备方法，其特征在于，所述聚乳酸均匀分散于有机溶剂过程，包括：将聚乳酸加入有机溶剂后，于50～65℃的温度下搅拌4～10h；
4.根据权利要求1所述的具有多孔结构的聚乳酸/二钛酸钡薄膜的制备方法，其特征在于，将前驱体溶液涂覆于基板上的厚度为0.4～0.8mm。
5.根据权利要求1所述的具有多孔结构的聚乳酸/二钛酸钡薄膜的制备方法，其特征在于，所述聚乳酸与表面改性的二钛酸钡纳米棒质量比为1:0.05～0.25。
6.根据权利要求1所述的具有多孔结构的聚乳酸/二钛酸钡薄膜的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂表面改性的二钛酸钡纳米棒是按照以下步骤制得：将碳酸钡、二氧化钛、氯化钠、氯化钾质量比为1:2:10:10称取，经球磨、烘干、过筛得到
7.一种权利要求1～6任一项所述的方法制得的具有多孔结构的聚乳酸/二钛酸钡薄膜。
8.一种权利要求7所述的具有多孔结构的聚乳酸/二钛酸钡薄膜在压电能量收集器中的应用。
9.一种压电能量收集器，其特征在于，该收集器中的压电材料包括权利要求7所述的具有多孔结构的聚乳酸/二钛酸钡薄膜。
10.一种权利要求9所述的压电能量收集器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种具有多孔结构的聚乳酸/二钛酸钡薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的具有多孔结构的聚乳酸/二钛酸钡薄膜的制备方法，其特征在于，所述冷冻干燥的温度为-100～-40℃，冷冻处理时长为4～12h；
3.根据权利要求1所述的具有多孔结构的聚乳酸/二钛酸钡薄膜的制备方法，其特征在于，所述聚乳酸均匀分散于有机溶剂过程，包括：将聚乳酸加入有机溶剂后，于50～65℃的温度下搅拌4～10h；
4.根据权利要求1所述的具有多孔结构的聚乳酸/二钛酸钡薄膜的制备方法，其特征在于，将前驱体溶液涂覆于基板上的厚度为0.4～0.8mm。
5.根据权利要求1所述的具有多孔结构的聚乳酸/二钛酸钡薄膜的制备方法，其特征在于，所述聚乳酸与表面改性的二钛...
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