[发明专利]柔性电极及其制备方法、摩擦纳米发电机及其制备方法

说明书

本发明提供了柔性电极及其制备方法、摩擦纳米发电机及其制备方法。该柔性电极包括柔性支撑层和形成在所述柔性支撑层上的导电层，其中，所述导电层为PEDOT:PSS薄膜，且所述柔性电极在自然状态下的形状为褶皱状。褶皱状柔性电极具有良好的导电性、透明性以及可变形性，解决了现有技术中柔性电极的可变形性较差以及不能同时达到良好的导电性、透明性以及可变形性的技术问题。该摩擦纳米发电机可以作为多功能电子皮肤，例如可以收集外界机械能以发电，并将其存储在电容器中，也可以作为压力传感器、热感传感器和紫外线传感器等。

技术领域

本发明涉及摩擦纳米发电领域，特别是涉及柔性电极及其制备方法、摩擦纳米发电机及其制备方法。

背景技术

近年来，随着柔性晶体管、集成电路、可拉伸光电器件、可折叠显示屏和电子皮肤等各种革命性功能产品的大量涌现，柔性/可拉伸电子产品取得了飞速的发展。这些产品对其供能设备则提出了更高的要求，希望其具有相当的柔韧性和可拉伸性。然而，少有能源器件可以同时实现柔韧性、高透明度和可拉伸性。另外，市场不断增长的可穿戴电子产品和植入式电子产品，要求其供能设备除柔韧性和可拉伸性之外，也需要符合大规模生产的工业化需求。

摩擦纳米发电机具有结构简单、高效率、无污染、多种工作模式等优点，尤其是单电极模式不仅简化器件结构，而且更加适用于与可穿戴设备结合或直接放置于人体上收集机械能。另外，摩擦纳米发电机由于它自身的输出特性，可以直接作为多功能性的电子皮肤，其功能主要包括自驱动的压力传感器和人体运动监测器。随着外界环境的变化(压力或者运动状况)，摩擦纳米发电机的电信号输出呈现一定的规律变化。

近来报道的可拉伸摩擦纳米发电机主要是采用碳纳米管，石墨烯，银纳米线等导电材料作为电极。但是，这些刚性材料的可拉伸性有限、且难以实现高透光度。现有技术中有利用聚对苯二甲酸乙二醇酯作为支撑材料、氧化铟锡作为电极以及全氟乙烯丙烯作为摩擦层的高透明度的柔性摩擦纳米发电机。该工作对全氟乙烯丙烯表面进行处理得到纳米阵列结构不仅提高了摩擦纳米发电机的输出，同时也提高了压力传感灵敏度。但是，由于其拉伸性很差，应用时不能满足人体多变运动，使得器件容易损坏，所以，该器件只能用于人体相对平整稳定的部位。这局限了该器件的应用范围。

因此，研究出一种透明、柔软和可拉伸性能好的摩擦纳米发电机作为电子皮肤以满足应用需求有着重要的意义。

发明内容

本发明的一个目的在于克服现有柔性电极可拉伸性差，从而不适合应用于人体运动的缺点，提供一种柔性电极的制备方法，使得该柔性电极在保持良好的导电性下具有良好的拉伸性。

本发明一个进一步的目的是为了提高柔性电极的透明度。

本发明另一个进一步的目的是满足现在电子皮肤的结构简单化、功能多样化、透明美观等需求。

特别地，本发明提供的柔性电极，包括柔性支撑层和形成在所述柔性支撑层上的导电层，其中，所述导电层为PEDOT:PSS薄膜，且所述柔性电极在自然状态下的形状为褶皱状。

可选地，所述柔性支撑层的材料为具有预设透明度的可拉伸材料。

可选地，所述可拉伸材料为PDMS、水凝胶或有机硅橡胶。

特别地，本发明还提供了一种柔性电极的制备方法，所述柔性电极为上述的柔性电极，所述制备方法包括如下步骤：

将预设质量比的可拉伸材料和固化剂均匀混合，将混合后的所述可拉伸材料和所述固化剂置入第一模具中，并进行固化，以形成具有预设厚度的可拉伸膜；

从所述第一模具中取出所述可拉伸膜，沿着一拉伸方向拉伸所述可拉伸膜，并在拉伸预设比例后将其固定在一平板处；

将PEDOT:PSS溶液施加在所述可拉伸膜处，并进行干燥，以使得所述PEDOT:PSS溶液中的溶剂挥发，从而在所述可拉伸膜表面形成PEDOT:PSS薄膜；