[发明专利]一种协同掺杂改性聚偏氟乙烯压电纳米发电机的制备方法

说明书

本发明公开了一种协同掺杂改性聚偏氟乙烯压电纳米发电机的制备方法，具体为，将聚偏氟乙烯(PVDF)溶解于二甲基乙酰胺(DMAc)和丙酮混合溶剂中，并添加一定比例的β成核剂、化学改性剂和具有压电性能的无机纳米颗粒，制得一定浓度的均匀稳定纺丝液；将纺丝液通过静电纺丝机进行静电纺丝，接收装置为高速辊筒，制得定向纳米纤维膜；定向纳米纤维膜用PDMS加入固化剂进行封装；将固化好的纳米纤维膜沿着纳米纤维纵向垂直切割后，垂直于水平位置排列，组合成具有弹性且垂直排列的纳米纤维压电薄膜；将制备好的压电薄膜上下贴附导电板，并将其整体利用PDMS封装制成纳米发电机。

技术领域

本发明属于静电纺丝技术领域，涉及一种协同掺杂改性聚偏氟乙烯压电纳米发电机的制备方法。

背景技术

纳米材料作为现代电子学中一种新兴的组成材料，具有一系列独特的形貌和性能，为提高各种能量器件的性能提供了广阔的窗口，利用纳米材料和纳米技术从环境中获取能量，作为可持续、自给自足的能源，构成了纳米能源的新兴领域，可用于为电子设备提供持续能源。

常用的压电性能较强的聚合物主要有聚偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物等材料。其中，由于PVDF具有加工性好，耐酸碱腐蚀，同时具有较高的机械强力，是目前应用最广泛的压电聚合物。静电纺丝法是制备聚合物基压电纳米发电机的常用方法，纺丝过程中的强电场对聚合物单轴有一定的拉伸作用，可以增强纳米纤维和纳米线的压电性能。

现有的纳米发电机的输出效率都有待提高，摩擦纳米发电机相对来讲输出电流较小和受环境影响较大，而压电纳米发电机的输出性能主要依赖于材料本身的压电效应，所以提高材料的压电效应对压电纳米发电机而言是至关重要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种协同掺杂改性聚偏氟乙烯压电纳米发电机的制备方法，解决了现有技术中存在的PVDF纳米纤维膜压电输出性能低的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种协同掺杂改性聚偏氟乙烯压电纳米发电机的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、向DMAc和丙酮形成的混合溶剂中加入PVDF，并搅拌至透明得到混合溶液1，然后向混合溶液1中加入β成核剂、化学改性剂和具有压电性能的无机纳米颗粒，搅拌60～300min，得到纺丝液；

步骤2、将步骤1得到的纺丝液进行静电纺丝得到PVDF定向纳米纤维膜；

步骤3、将步骤2得到的定向纳米纤维膜烘干，然后封装于PDMS中得到定向纳米纤维封装膜；

步骤4、将步骤3得到的定向纳米纤维封装膜按照垂直于纳米纤维排列方向切割成宽0.5～1mm的条状，并垂直于水平位置并行排列，得到纳米纤维压电薄膜；

步骤5、将上导电板和下导电板分别贴到步骤4中得到的纳米纤维压电薄膜的两边，与纳米纤维压电薄膜直接相接触，然后用PDMS将导电板和纳米纤维压电薄膜进行封装，其中，上导电板和下导电板露出的上电极和下电极不封装，得到PVDF基压电纳米发电机。

本发明的特点还在于：

步骤1中DMAc和丙酮形成的混合溶剂中DMAc和丙酮的体积比为1-4:1。

步骤1中混合溶液1中PVDF的质量浓度为10wt％～18wt％。

步骤1中β成核剂为维生素B2、铌酸钠颗粒、聚氨酯中的一种或两种以上。

当β成核剂为维生素B2时，β成核剂的质量浓度为1wt％～10wt％；当β成核剂为铌酸钠颗粒时，β成核剂的质量浓度为5wt％～12wt％；当β成核剂为聚氨酯时，β成核剂的质量浓度为4wt％～15wt％。

步骤2中静电纺丝的工艺参数为：纺丝温度为20～35℃，相对湿度为40～50％，灌注速度为0.5～1.0mL/h，纺丝距离为10～20cm，纺丝电压为10～25kV，纺丝时间为2～4h。