【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于摩擦纳米发电机，涉及具有高输出性能的皮革基摩擦纳米发电机的制备方法。
技术介绍
1、柔性可穿戴设备的急速发展，导致了由于定期更换电池而出现的电子废物和环境污染的增加。因此，柔性自供能器件的开发对能源的绿色转型和双碳目标的实现都有重要意义。摩擦纳米发电机(teng)是基于接触起电和静电感应耦合效应的微型化能源收集装置，被用于可穿戴电子产品中。但其内阻大和摩擦起电过程中对摩擦层材料损耗严重的问题，限制了teng的输出和耐用性能。
2、皮革是一种具有天然层级孔隙结构的高分子材料，有优异的卫生和力学性能，长期作为可穿戴产品；此外，皮革自身的厚度可减缓材料的摩擦损耗，同时，其多孔结构赋予材料高的比表面积，可避免因厚度带来的性能降低的问题。因此，将皮革作为摩擦层材料有巨大优势。聚吡咯(ppy)是一种有机共轭高分子材料，因高导电性、柔韧性、低成本和良好生物相容性，在传感器、电池等领域受到广泛关注。ppy具有较高的比电容和快速的氧化还原反应速率，可实现快速的电荷存储，同时，由于ppy的半导体性质，其有一定的电荷转移能力，羧基化笼型倍半硅氧烷(pcooh)是具有三维多面体结构的有机-无机杂化纳米粒子，有多个有机官能团顶点，可实现材料的功能可调；同时，已有研究表明，以pcooh为掺杂剂可提升ppy的电荷转移能力，但是此方面的具体研究较少。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供具有高输出性能的皮革基摩擦纳米发电机的制备方法，解决了现有技术摩擦纳米发电机内阻大及摩擦起电过程中
2、本专利技术所采用的技术方案是，具有高输出性能的皮革基摩擦纳米发电机的制备方法，具体步骤如下：
3、步骤1：制备多羧基笼型倍半硅氧烷溶液；
4、步骤2：分别将多羧基笼型倍半硅氧烷溶液和皮革加入去离子水中，室温下震荡1～2h，然后加入吡咯单体搅拌反应，再加入氯化铁溶液，反应2～4h后经去离子水洗涤后超声清洗，得到lcf-pcooh@ppy复合材料；
5、步骤3：以lcf-pcooh@ppy复合材料为摩擦正电层，以聚合物薄膜pdms为摩擦负电层，以铜为电极层，构筑(lcf-pcooh@ppy)/pdms摩擦纳米发电机。
6、本专利技术的特点还在于：
7、制备多羧基笼型倍半硅氧烷溶液的具体步骤为：
8、步骤1.1：将八乙烯基笼型倍半硅氧溶于四氢呋喃，得到溶液a，将十二烷基硫酸钠溶于水中，得到溶液b，将过硫酸铵、亚硫酸氢钠、甲基丙烯酸甲酯依次溶于去离子水中，得到溶液c；
9、步骤1.2：将溶液a和溶液b混合后进行搅拌反应，然后加入溶液c，再次搅拌反应后，即得到多羧基笼型倍半硅氧烷溶液。
10、步骤1.1中八乙烯基笼型倍半硅氧与四氢呋喃的质量比为1:390～410，溶液b的浓度为0.035～0.038g/ml，过硫酸铵的浓度为0.048～0.078g/ml，亚硫酸氢钠的浓度为0.032～0.049g/ml，甲基丙烯酸甲酯的浓度为0.12～0.18g/ml。
11、步骤1.2中溶液a和溶液b混合后搅拌反应温度为50～60℃，反应时间为25～35min。
12、步骤1.2中加入溶液c的具体方式为：先加入溶液c的1/3，在50～60℃下搅拌反应25～35min，再加入溶液c的1/3，50～60℃下搅拌反应25～35min，最后将剩余的溶液c添加完，50～60℃下搅拌反应200～230min。
13、步骤2中每克皮革对应的多羧基笼型倍半硅氧烷溶液的量为1～9ml；多羧基笼型倍半硅氧烷溶液与去离子水的体积比为0.02～0.18:1；吡咯单体与皮革的质量比为0.25～1.25:1，吡咯单体与氯化铁的摩尔比为1:4。
14、步骤2中加入吡咯单体后搅拌反应温度为0～4℃，反应时间为1～2h。
15、步骤2中以1～3滴/s的速度加入氯化铁溶液。
16、超声清洗时间为10～30min。
17、本专利技术的有益效果是：
18、本专利技术基于皮革柔性、卫生和力学性能好的优势，通过浸渍和原位聚合法，依次将pcooh和ppy引入皮革中，提供有效体电荷存储位点的同时，pcooh对ppy的掺杂，可进一步提升ppy的导电性，制备有较好电荷存储和传输性能的lcf-pcooh@ppy复合材料；将其作为摩擦正电层，pdms为摩擦负电层，构筑兼顾高输出和耐用性能的(lcf-pcooh@ppy)/pdms摩擦纳米发电机，其短路电流为0.4μa，开路电压为308v，同时在20000次循环下有稳定的信号输出。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.具有高输出性能的皮革基摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述具有高输出性能的皮革基摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，所述制备多羧基笼型倍半硅氧烷溶液的具体步骤为：
3.根据权利要求2所述具有高输出性能的皮革基摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，所述步骤1.1中八乙烯基笼型倍半硅氧与四氢呋喃的质量比为1:390～410，所述溶液B的浓度为0.035～0.038g/mL，所述过硫酸铵的浓度为0.048～0.078g/mL，所述亚硫酸氢钠的浓度为0.032～0.049g/mL，所述甲基丙烯酸甲酯的浓度为0.12～0.18g/mL。
4.根据权利要求2所述具有高输出性能的皮革基摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，所述步骤1.2中溶液A和溶液B混合后搅拌反应温度为50～60℃，反应时间为25～35min。
5.根据权利要求2所述具有高输出性能的皮革基摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，所述步骤1.2中加入溶液C的具体方式为：先加入溶液C的1/3，在50～60℃下搅拌反应25～35min，再加
6.根据权利要求1所述具有高输出性能的皮革基摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，所述步骤2中每克皮革对应的多羧基笼型倍半硅氧烷溶液的量为1～9mL；所述多羧基笼型倍半硅氧烷溶液与去离子水的体积比为0.02～0.18:1；所述吡咯单体与皮革的质量比为0.25～1.25:1，所述吡咯单体与氯化铁的摩尔比为1:4。
7.根据权利要求1所述具有高输出性能的皮革基摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，所述步骤2中加入吡咯单体后搅拌反应温度为0～4℃，反应时间为1～2h。
8.根据权利要求1所述具有高输出性能的皮革基摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，所述步骤2中以1～3滴/s的速度加入氯化铁溶液。
9.根据权利要求1所述具有高输出性能的皮革基摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，所述超声清洗时间为10～30min。
...【技术特征摘要】
1.具有高输出性能的皮革基摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述具有高输出性能的皮革基摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，所述制备多羧基笼型倍半硅氧烷溶液的具体步骤为：
3.根据权利要求2所述具有高输出性能的皮革基摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，所述步骤1.1中八乙烯基笼型倍半硅氧与四氢呋喃的质量比为1:390～410，所述溶液b的浓度为0.035～0.038g/ml，所述过硫酸铵的浓度为0.048～0.078g/ml，所述亚硫酸氢钠的浓度为0.032～0.049g/ml，所述甲基丙烯酸甲酯的浓度为0.12～0.18g/ml。
4.根据权利要求2所述具有高输出性能的皮革基摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，所述步骤1.2中溶液a和溶液b混合后搅拌反应温度为50～60℃，反应时间为25～35min。
5.根据权利要求2所述具有高输出性能的皮革基摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，所述步骤1.2中加入溶液c的具体方式为：先加入溶液c的1/3...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕斌，李欢，高党鸽，郑驰，李楠，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。