[发明专利]一种高性能波型驻极纳米摩擦发电机及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能波型驻极纳米摩擦发电机及其制备方法，以铝箔作为两个导电电极，通过PDMS将支撑材料固定在铝箔电极材料上来作为接收装置，以聚偏氟乙烯、尼龙66为模型聚合物，在上述聚合物的一种或两种内添加一定量的驻极颗粒获得静电纺丝液，通过静电纺丝分别制备纳米纤维膜，利用PDMS将纳米纤维膜进一步组装制得纳米摩擦发电机。通过在静电纺丝液中加入驻极粒子来影响纳米纤维得失电荷能力，由此来调控纳米发电机的输出电流电压性能，并通过改变纳米纤维膜的结构形式来进一步由增加纳米纤维之间的相互摩擦面积，提高纳米发电机的输出性能。制作工艺简单，成本低廉，对环境友好，可以作为环保能源发电方面具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米纤维材料领域，具体涉及一种高性能波型驻极纳米摩擦发电机及其制备方法。

背景技术

在我们日常生活当中，除了水力、风能、生物质能、太阳能等常见形式的可再生能源，有大量的机械能被浪费掉，比如身体运动、噪声、微风等。这些机械能大多能量较弱且频率分布范围大，很难使用传统的发电机进行发电。因此研制一种能够将这些机械能转换为电能的装置，将这些被忽略的能量收集起来并加以利用具有很重要的意义。随着纳米科技的迅猛发展，越来越多基于纳米技术的微型功能器件和微机电系统逐渐应用于人们的日常生活中。为这些微型器件提供尺寸匹配的电源成为近年来的研究热点。通常微型器件的能耗很小，目前依然使用传统的电池为其供电。近年来，纳米纤维在摩擦发电机方向的运用成为研究人员的热点。

合适的器件结构设计以及增强纳米纤维材料的性能可以有效地提高柔性摩擦电发电机的输出性能，有助于发电机在收集人体活动产生的机械能方面的应用。近年来，在此方面的研究逐日增加。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种高性能波型驻极纳米摩擦发电机及其制备方法，以铝箔为两个导电电极，以聚偏氟乙烯（PVDF）、尼龙66分别加入驻极体的材料制备纺丝液纺制纳米纤维膜作为两种摩擦材料，制作波型结构由此来增加纳米纤维之间的相互摩擦面积，得到高性能压电摩擦发电功能的波型纳米发电机。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种高性能波型驻极纳米摩擦发电机，以铝箔作为两个导电电极，通过PDMS将支撑材料固定在铝箔电极材料上来作为接收装置，以聚偏氟乙烯、尼龙66为模型聚合物，在上述聚合物的一种或两种内添加一定量的驻极颗粒获得静电纺丝液，通过静电纺丝分别制备纳米纤维膜，利用PDMS将纳米纤维膜进一步组装制得纳米摩擦发电机。通过在静电纺丝液中加入驻极粒子来影响纳米纤维得失电荷能力，由此来调控纳米发电机的输出电流电压性能，并通过改变纳米纤维膜的结构形式来进一步由增加纳米纤维之间的相互摩擦面积，提高纳米发电机的输出性能。

所述聚偏氟乙烯纺丝液或尼龙66纺丝液中的至少一种加入驻极颗粒。

所述驻极颗粒为勃姆石或氮化硅。

所述聚偏氟乙烯和尼龙66的分子量≥100000；纳米纤维的直径为100-900nm。

所述纳米摩擦发电机层数≥2，利用PDMS来组合。

所述纳米摩擦发电机长度≥5mm，宽度≥5 mm，厚度≥0.5 mm。

所述的高性能波型驻极纳米摩擦发电机的制备方法，包括以下步骤：

（1）将聚偏氟乙烯加入到N，N-二甲基甲酰胺与四氢呋喃混合溶液中，在20-80℃的条件下搅拌2-15h得到纺丝溶液，纺丝液质量分数为5-20%；

（2）将尼龙66颗粒加入甲酸溶液中常温搅拌1-10 h至溶液均匀分散，得到尼龙占溶剂甲酸质量分数10-30%的纺丝液；

（3）在配置纺丝液之前，将驻极颗粒按溶质质量分数的1.5-10%放入步骤（1）和/或步骤（2）溶剂中超声1-10 h；