[发明专利]基于UiO-66的摩擦填充材料、纳米复合膜及其制备方法、摩擦纳米发电机

说明书

本发明提供了一种基于UiO‑66的摩擦填充材料、UiO‑66的纳米复合膜及其制备方法、摩擦纳米发电机。本发明的UiO‑66纳米复合膜的制备方法，利用R取代基取代的对苯二甲酸与氯化锆反应得到制备了UiO‑66‑R粉末，R取代基具有吸电子能力；然后再将UiO‑66‑R粉末与PDMS复合，即得纳米复合膜；由于PDMS和摩擦填充材料UiO‑66‑R粉末的化学稳定性良好，使得利用UiO‑66纳米复合膜组装的摩擦纳米发电机表现出良好的稳定性和耐久性。本申请利用UiO‑66‑R粉末作为一种简单的摩擦填充材料，不仅可以提高MOFs TENG的性能，而且可以通过功能化吸电子官能团进一步优化TENG的输出性能。

技术领域

本发明涉及摩擦纳米发电机技术领域，尤其涉及一种基于UiO-66的摩擦填充材料、UiO-66的纳米复合膜及其制备方法、摩擦纳米发电机。

背景技术

金属有机骨架(MOFs)是由有机配体共价连接的无机金属或金属团簇组成的结晶材料。金属团簇和有机连接剂的多功能组合赋予MOF可控的物理和化学性质。在过去的二十年中，已经制备了数千种MOF并广泛应用于许多不同的领域，例如催化，药物递送，气体分离和储存以及生物医学成像。对于某些特殊应用，MOFs可以通过原位合成或后合成修饰有化学基团，而无需改变其结构。此外，还投入了大量精力开发将MOFs晶体与聚合物混合制备复合材料，以进一步扩大其应用范围。

摩擦纳米发电机(TENG)作为一种环保型能量收集装置，可以有效地将包括风、人体活动和水流在内的环境机械能转化为电能。摩擦材料的性质，特别是摩擦电性，在TENG的摩擦行为中起着至关重要的作用。到目前为止，用于组装TENG的大多数摩擦材料来自摩擦电系列，该系列由几种金属和有限的聚合物组成。聚二甲基硅氧烷(PDMS)，凭借其独特的透明性、高的得电子能力、柔韧性和易于制造等特性，被认为是TENG基于复合材料的最广泛的材料之一。具有微/纳米结构的表面形貌控制和具有一些适当官能团的表面功能化可以提高输出性能。Zhang等人报道了一种通过氟碳等离子体表面处理来提高TENG能量密度的常用技术。此外，将填料添加到聚合物中已成为优化摩擦行为的常用策略。大多数用作制造复合材料的填料的材料是无机材料，例如石墨烯，MXene和SrTiO₃。

最近，一些MOF已被用于摩擦纳米发电机(TENG)作为活性填料。如现有技术公开了耐湿性的摩擦发电机，当相对湿度增加时，纳米复合材料TENG的性能并未降低。现有技术公开了，与无序的2D MOFs纳米片相比，平面排列2D MOF纳米片对于改善摩擦纳米发电机的摩擦行为更为优异。现有技术公开了，氟化金属有机骨架作为填料可以改善摩擦纳米发电机的输出信号，其中官能团-F起着至关重要的作用。与传统的无机材料填料相比，MOFs可以有目的地使用各种化学基团进行功能化，这对TENG的输出性能至关重要。

然而，与MOFs摩擦电学性质相关的研究仍处于初始阶段，对TENG中具有不同形态，拓扑结构和功能化的MOFs的进一步研究具有很高的要求。因此，有必要进一步优化MOFs材料以优化TENG的输出性能。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种UiO-66的摩擦填充材料、UiO-66的纳米复合膜及其制备方法、摩擦纳米发电机，以解决现有技术存在的缺陷。

第一方面，本发明提供了一种基于UiO-66的摩擦填充材料，所述摩擦填充材料为R取代基取代的UiO-66，所述R取代基为吸电子基团。

优选的是，所述的基于UiO-66的摩擦填充材料，所述R取代基包括-F、-Cl、-Br、-CN、-NO₂、三卤甲基、叔胺正离子、磺酸基中的任一种。

第二方面，本发明还提供了一种基于UiO-66的纳米复合膜，包括基体以及嵌设于所述基体内的所述的基于UiO-66的摩擦填充材料。

优选的是，所述的基于UiO-66的纳米复合膜，所述基体包括PDMS基体、硅胶基体、聚偏氟乙烯基体、聚氯乙烯基体、石化基聚酯基体中的任一种。