[发明专利]提升摩擦纳米发电机输出性能的方法及薄膜和制备方法

权利要求书

1.一种提升摩擦纳米发电机输出性能的方法，其特征在于：在聚合物薄膜中散布二维纳米片铁电材料形成纳米复合起电薄膜，二维纳米片铁电材料在聚合物薄膜中平行于聚合物薄膜上表面排成阵列，引导摩擦接触面摩擦电荷形成的电场横向传播，并阻止薄膜中击穿相延电场线的生长，提高纳米复合起电薄膜的击穿强度，使得纳米复合起电薄膜在击穿前能容纳的表面电荷密度增加，二维纳米片铁电材料阵列同时用于降低复合起电薄膜的介电常数，提升发电机的输出响应。

2.根据权利要求1所述的一种提升摩擦纳米发电机输出性能的方法，其特征在于：纳米复合起电薄膜是铁电陶瓷和聚合物的复合物，是将平行于聚合物薄膜表面的二维纳米片铁电材料填充并散布到聚合物薄膜而构成的，二维纳米片铁电材料平行于薄膜带电荷面，用于阻碍击穿相衍生。

3.根据权利要求1所述的一种提升摩擦纳米发电机输出性能的方法，其特征在于：将二维纳米片铁电材料填充并散布到聚合物薄膜中，通过在50℃-100℃下单轴拉伸聚合物薄膜使方向混乱的二维纳米片铁电材料平行排列，聚合物薄膜拉伸后，在50℃-100℃下保持5-30min使得聚合物薄膜长度固定。

4.据根权利要求1所述的一种提升摩擦纳米发电机输出性能的方法，其特征在于：二维纳米片铁电材料为平行于聚合物-金属接触薄膜界面的纳米片结构，二维纳米片铁电材料占聚合物薄膜的体积分数为1％-20％，二维纳米片铁电材料的纳米片尺寸大小范围3-50μm，厚度范围为0.2-2μm。

5.根据权利要求1所述的一种提升摩擦纳米发电机输出性能的方法，其特征在于：二维纳米片铁电材料选自氮化硼BN、氮化硼纳米片BNNS、BaTiO₃、Ba_xSr_1-xTiO₃、Pb_xZr_1-xTiO₃、K_1-xNa_xNbO₃、SrTiO₃、Ba_1-xCa_xTiO3和CaCu₃Ti₄O₁₂其中一种铁电陶瓷材料。

6.根据权利要求1所述的一种提升摩擦纳米发电机输出性能的方法，其特征在于：聚合物薄膜材料选自聚偏氟乙烯PVDF，PVDF-TrFE，P(VDF-HFP)，聚二甲基硅氧烷PDMS，3-己基噻吩聚合物P3HT，聚四氟乙烯PTFE，聚对苯二甲酸乙二醇酯PET聚合物材料其中一种。

7.根据权利要求1所述的一种提升摩擦纳米发电机输出性能的方法，其特征在于：纳米复合起电薄膜通过气喷法，静电纺丝、流延、旋涂、喷涂、滴涂、sol-gel、自组装、化学气相沉积中任意一种方法或几种方法相结合来制备。

8.权利要求1至7任意一项所述的方法得到的摩擦纳米发电机纳米复合起电薄膜。

9.一种提升摩擦纳米发电机输出性能的纳米复合起电薄膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)准备320.0mg的六方氮化硼h-BN粉末和320.0mg的含氟超支化聚乙烯共聚物HBPE-g-PTFEMA加入具有80mL二甲基甲酰胺DMF的玻璃容器中；

(2)将混合物在室温下超声处理48小时；

(3)以3000rpm的离心速率将混合物离心20分钟，以除去残留的h-BN颗粒；

(4)收集上清液，并用厚度为200nm的尼龙膜进一步真空过滤，以消除过量的含氟超支化聚乙烯共聚物HBPE-g-PTFEMA；

(5)通过超声处理白色滤液使其分散在二甲基甲酰胺DMF中，得到氮化硼纳米片BNNS溶液；

(6)将聚偏氟乙烯共聚物P(VDF-CTFE)粉末在DMF中于室温下搅拌2小时；

(7)混合氮化硼纳米片BNNS溶液和聚偏氟乙烯共聚物P(VDF-CTFE)溶液，将悬浮液搅拌15分钟，然后倾倒在玻璃板上并在80℃下干燥10h，得到厚度为40μm的纳米复合材料薄膜；

(8)将纳米复合材料薄膜在120℃下进一步退火10小时，以消除残留的溶剂并提高结晶度；

(9)在万能试验机上进行单轴拉伸来完成纳米片的平行排列，将预拉伸的样品量身定制成条状并用夹具在80℃的温度控制组件中保持10分钟得到纳米复合起电薄膜。