[发明专利]一种瞬态可溶解摩擦发电机及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微纳能源、生物医疗、环境监测领域，具体涉及一种瞬态可溶解摩擦发电机及其制备方法。

背景技术

随着无线传感网络、便携式电子器件和可植入设备的快速发展，可持续能量来源的发展也得到了持续的关注。使用纳米技术收集环境中的能量是具有前景的能源解决方案，例如，从身体运动、声波和体液流动等收集能源来驱动电子器件而不是使用电池。目前有几种物理机制可以用来有效收集这些机械能，包括压电效应、电磁效应和摩擦起电效应。以摩擦起电效应和静电诱导效应为基础的摩擦发电机具有结构简单、成本低、效率高以及很好的对环境的适应性等优点在能量收集和运动传感等方面具有很大的优势。摩擦发电机最具有前景的一个方面是在不易到达环境方面的应用，例如建筑结构内部、人体内。例如，越来越多的可植入电子器件的供能问题一直是个难题，因为维护和更换这些能量单元的代价及风险是非常大的。摩擦发电机可以从环境中收集能量来持续为这些微电子器件供能，所以是一种很好的能量解决方案。

然而，一个很重要却被忽视的问题是这些不易到达环境中的电子器件的供能单元在超出服役期之后的处理方法。维护或者更换的代价和风险较大。一个具有吸引力的办法是让这些供能单元彻底消失，并且不会产生有害物质。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提出一种可快速溶解的结构简单、成本低的瞬态摩擦发电机及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种瞬态可溶解摩擦发电机，该瞬态可溶解摩擦发电机包括透明功能薄膜层和金属电极部分。

进一步，所述透明功能薄膜层包括上层透明功能薄膜层和下层透明功能薄膜层，所述上层透明功能薄膜层和下层透明功能薄膜层均由可溶解材料构成，所述金属电极部分包括水溶性金属电极和普通金属电极，所述水溶性金属电极上均设有封装层。

进一步的，所述可溶解材料包括：海藻酸钠、聚乙烯醇、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚乙酸内酯和米纸。

进一步的，所述水溶性金属电极包括：锂、纳、钾、钙、镁、钡。

进一步的，所述普通金属电极包括：铜、铝、金、铂、钛，所述普通金属电极排布方式为阵列排布方式。

本发明的另一目的是提供上述瞬态可溶解摩擦发电机的制备方法，包括如下步骤：

步骤1.制备透明功能薄膜层；

1.1将可溶解材料加入去离子水中，在超声环境中溶解，得到可溶解材料溶胶，将得到可溶解材料溶胶加入到培养皿中，室温常压下水分蒸发得到厚度为1-100微米的上层透明功能薄膜层；

1.2将与步骤1.1相同或不同可溶解材料加入去离子水中，在超声环境中溶解，得到可溶解材料溶胶，将得到可溶解材料溶胶加入到培养皿中，室温常压下水分蒸发得到厚度为1-100微米的下层透明功能薄膜层；

步骤2：使用电子束蒸镀将的所述普通金属电极材料蒸镀到步骤1.1得到的上层透明功能薄膜层上,得到带有普通金属电极的上层透明功能薄膜层，备用；

步骤3：使用电子束蒸镀将所述水溶性金属电极蒸镀到步骤1.2得到的下层透明功能薄膜层上,得到带有水溶性电极的或下层透明功能薄膜层，备用；

步骤4：将步骤2和步骤3得到带有电极的透明功能薄膜层分别剪切成合适尺寸，组装成器件每个电极分别连接导线，得到瞬态可溶解摩擦发电机。

进一步，所述水溶性金属电极的厚度为10-100微米。

进一步，所述普通金属电极厚度为10-100nm。

本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，本发明的方法通过选择可溶性材料作为功能薄膜层部分，金属作电极部分，而与水反应的金属生成的溶液可以进一步溶解其他的电极部分。通过这种连续反应的方式实现整个器件的完全溶解。未溶解之前其可具有相比于传统摩擦发电机的优异性能，可以收集环境中的机械能，例如从振动、声波、心脏跳动等收集能量。此外，其本身可作为一种传感器件，既可以实现结构安全监测，又可以植入体内作为人体健康监测。本瞬态可溶解发电机具有完全可溶解、产物无毒无污染、溶解时间短、多功能性以及制备简单、成本低等优点。未来在生物医疗植入设备、环境监测装置以及安全、消费电子设备等领域具有很好的潜在应用。

附图说明

图1为本发明一种瞬态可溶解摩擦发电机的结构示意图。

图中：

1.水溶性金属电极、2.上层透明功能薄膜层、3.下层透明功能薄膜层、4.普通金属电极、5.封装层。

具体实施方式