[发明专利]一种复合柔性纳米发电机及其制备方法

说明书

本发明属功能材料及器件制造技术领域，具体涉及一种PMN‑PT/PVDF复合柔性纳米发电机。本发明通过采用成分位于准同型相界(MPB)的PMN‑PT单晶纳米线与高分子压电材料PVDF为原料，调整PMN‑PT单晶纳米线与PVDF的配比，采用类似流延法的薄膜成型方法，制备PMN‑PT/PVDF复合柔性纳米发电机。本发明方法制备的柔性纳米发电机可用于收集机械振动能量，为纳米器件或纳米系统提供能源，开发纳米无源器件。同时，本发明PMN‑PT/PVDF纳米发电机制备工艺简单，性能优越，原料造价低廉，生产成本低，应用范围广。

技术领域：

本发明涉及一种采用由单晶纳米压电材料和高分子压电材料组成的复合压电料制备柔性纳米发电机的技术，其中单晶压电材料是成分位于x(Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃)-1-x(PbTiO₃)(PMN-PT)准同型相界(x＝0.65)附近的单晶纳米材料，高分子压电材料是聚偏氟乙烯(PVDF)，属功能材料及器件制造技术领域。

背景技术

智能可穿戴设备指的是将智能化的移动设备或者部分功能融合到传统的可穿戴设备中，从而实现可穿戴设备的智能化。在目前的电子产品市场中，可穿戴设备已经成为一个新的热点。随着电子信息技术和市场需求的不断发展，可穿戴式电子设备未来使用的使用规模将会越来越大，成为信息技术及其产品新的增长点。在消费电子领域，智能眼镜、智能手表、智能手环等都得到了异常迅速的发展，并且占领了巨大的市场。目前，可穿戴设备面临的最大难题就是续航时间不够长，这一问题已经成为制约可穿戴式设备的技术瓶颈。由于可穿戴设备无法配备体积较大的供电系统，目前在可穿戴设备的设计中主要通过控制设备的整体功耗来实现可接受的续航时间，但是这种设计思路严重限制了系统的功能和性能。因此，对于可穿戴设备的能源系统研究需要进一步的改进和突破，而能源系统的轻量化和柔性化则是设备可穿戴的必然要求。

寻求可以把环境中的能量收集并转化为电能的能源技术，使其能够协助或替代电池为电子器件，无线感应系统，医学植入物等设备提供能量，显著提升其续航时间，增强是系统功能和性能，成为一个关键性的技术问题。在不同的能量收集技术中，光伏技术由于其高的能量密度和很大的实际意义受到过广泛关注。但是光伏技术也有很大的缺陷如占用空间大，受到时间限制，并且其能量转化率很低。热电发电机可以通过温度的变换产生能量，但是当温度梯度很小时，产生的能量也非常少。除了太阳能与热能，环境中最常见的能量就是机械能。机械能具有很多种存在形式，如声音，流体流动，压力变化，机械振动，肌肉运动等。使用压电材料，电磁感应线圈，静电电容器可以实现将机械能转化为电能。与其他种类的能量转换设备相比，压电发电机具有构造简单，并且易于小型化，性能稳定的优点，同时在应用环境中具有广泛的振动能量来源。

发明内容

针对上述存在问题或不足，本发明提供了一种复合柔性纳米发电机及其制备方法。

该复合柔性纳米发电机的基本结构单元为平板电容结构，包括Au上下电极和压电薄膜，Au上下电极分别与压电薄膜的上下底面紧密接触，形成顶电极与底电极；所述压电薄膜为PMN-PT/PVDF-TrFE复合柔性压电材料，Au上下电极用作压电薄膜极化过程中使用的电极和发电机在实际使用过程中向外输出电压、电流的电极。

本发明采用成分比位于准同型相界MPB的PMN-PT单晶纳米线与压电高分子材料PVDF复合的高电压输出，适合纳米无源器件研发的新型柔性纳米发电机。

该复合柔性纳米发电机的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、称量原料配料：