[发明专利]一种导电材料掺杂的纳米压电复合薄膜发电机的制备方法

说明书

本发明属于压电材料改性的纳米复合薄膜发电机制备领域，涉及一种导电材料掺杂的纳米压电薄膜发电机的制备方法。解决了传统纳米薄膜发电机压电系数低，输出功率不足等技术问题。一种导电材料掺杂的纳米复合压电薄膜发电机的制备方法，将压电纳米材料，PDMS和导电导电材料结合起来，制备出颗粒分布均一的柔性压电薄膜，通过高压极化获得压电系数高，输出功率较大的纳米压电薄膜发电机。本发明所述复合薄膜制备过程简单，周期短，成本低廉；纳米颗粒均匀分散，且甩胶得到的薄膜厚度均一；复合薄膜具有很好的柔韧性，多次打击不会断裂；压电系数高，输出功率大，具有很好的稳定性。

技术领域

本发明属于压电材料改性的纳米复合薄膜发电机制备领域，涉及一种导电材料掺杂的纳米压电复合薄膜发电机的制备方法。

背景技术

随着物联网、微机电系统以及纳米材料等高新技术领域的进步，便携式、嵌入式功能器件正朝着小尺寸与低功耗方面发展，传统的供能方式已不能适应这些高新技术领域器件的工作环境和能量需求。因此，大力开发纳米级可持续自供电技术，解决便携式电子器件和微纳系统发展对可持续性自供电电源的需求将是未来科技产业发展的一个重心。近年来，纳米发电机作为主动型有源传感器，受到了研究者的广泛的关注。

2005年，王中林课题组致力于研究ZnO纳米线发电机，完美地实现了纳米尺度的发电功能。随之，基于PZT、PVDF、钛酸钡和铌酸钾纳基等的压电薄膜也相继出现。公告号为CN104157784的中国专利提出一种有机压电材料PVDF和压电陶瓷纳米颗粒BaTiO₃复合的纳米压电发电机，同时可点亮LED灯。公告号为CN 106876580 A的中国专利提出了一种透明柔性的PDMS/ZnO压电复合式纳米发电机设备，发电装置灵活性强，操作性简单，完美的实现了发电机功能。公告号为CN 105529397 A的中国专利提出了一种PMN-PT/PVDF-TrFE复合柔性压电纳米发电机，生产成本低，性能稳定。在之前所报道的研究中，使用压电材料和高分子聚合物制作的纳米复合薄膜，虽然具有良好的柔韧性，所制备出的压电薄膜仍存在压电系数低，输出功率不足等缺点。

发明内容

本发明针对传统纳米复合薄膜发电机压电系数低，输出功率不足等问题，提出了一种导电材料掺杂的纳米压电复合薄膜发电机的制备方法。

一种导电材料掺杂的纳米压电复合薄膜发电机的制备方法，将压电纳米材料，PDMS和导电材料结合起来，制备出颗粒分布均一的柔性压电薄膜，通过高压极化获得压电系数高，输出功率较大的纳米压电薄膜发电机。具体包括如下步骤：

（1）制备导电材料掺杂的纳米压电复合溶液：将PDMS、压电材料及导电材料混合，对混合物搅拌1-1.5小时，获得均匀分散的纳米压电复合溶液；压电材料与PDMS的质量比为0.1~7:10，导电材料与PDMS的质量比为 3~9:125；

（2）获得导电材料掺杂的纳米压电复合薄膜：将硅片吸在甩胶机上，将所得纳米压电复合溶液滴在硅片上，甩胶机转速设置500-2000 r/min，旋转30-40 s后将甩好薄膜的硅片取下放在培养皿中，再将培养皿放在真空干燥箱中，真空干燥后取出培养皿，将硅片上的纳米压电复合薄膜揭下待用；

（3）电极制作：将纳米压电复合薄膜两侧分别焊接上电极，并用PET进行封装；

（4）导电材料掺杂的纳米压电复合薄膜极化：对封装后的纳米压电复合薄膜施加2000-3000 V的高压极化15-20个小时，使薄膜中颗粒的电畴沿电场方向整齐排列，得到具有最佳压电性能的纳米压电薄膜发电机。

进一步的，PDMS主溶剂和硬化溶剂按10:1质量比混合；压电材料为钛锆酸铅或氧化锌或钛酸钡或氮化铝或铌镁酸铅或铌酸钠或铌酸钾或铌酸锂；导电材料为乙炔黑或碳纳米管。