一种摩擦纳米发电机及其制备方法和应用

本发明涉及纳米发电机，尤其涉及一种摩擦纳米发电机及其制备方法和应用。

背景技术：

1、摩擦纳米发电机，是一种利用两种对电子束缚能力不同的材料，相互接触时得失电子而在外电路产生电流的微型电机。

2、传统摩擦纳米发电机主要采用尼龙与聚四氟乙烯，两者接触时聚四氟乙烯得到电子，当滑移产生时，两者离开接触面的部分需要保持电中性，电子从聚四氟乙烯流向尼龙，这样在外电路产生了向下的电流；当两者相互接触时，已经接触的面保持电中性，之前流动的电子需要流回才能保持电中性，这样在外电路实现了向上的电流。

3、传统摩擦纳米发电机的发电效率低，一般为几个na至几十个na。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种摩擦纳米发电机及其制备方法和应用，本发明提供的摩擦纳米发电机发电效率高。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种摩擦纳米发电机，包括聚合物柔性基底和位于所述聚合物柔性基底上的若干金属线条；所述若干金属线条呈等间距分布，相邻金属线条的间距为1～10μm；所述若干金属线条的线宽均相同，为1～10μm；

4、所述金属线条与聚合物柔性基底之间通过聚合物-金属混合层或聚合物-非金属混合层结合；

5、所述金属线条的材质为ni或cu。

6、优选的，所述金属线条的厚度为1～8μm。

7、优选的，所述聚合物金属混合层中的金属为ni、cu或ti；所述聚合物-非金属混合层中的非金属为n、o或s。

8、优选的，所述聚合物金属混合层或聚合物-非金属混合层的厚度为1～30nm。

9、优选的，所述聚合物柔性基底的材质为聚酰亚胺或pet塑料。

10、本发明提供了上述方案所述摩擦纳米发电机的制备方法，包括以下步骤：

11、制备掩膜版；所述掩膜版的图形对应所述摩擦纳米发电机中金属线条的尺寸和分布；

12、将所述掩膜版覆盖到聚合物柔性基底表面，进行高能离子束注入，形成结合层；所述高能离子束为金属或者非金属束流；

13、采用低能离子束在所述结合层表面沉积ni或cu，形成金属线条；

14、去除掩膜版，得到摩擦纳米发电机。

15、优选的，所述高能离子束注入的条件包括：能量为20～100kev，高能离子束剂量为1×1016～1×1017/cm2。

16、优选的，所述低能离子束的能量为50～1000ev。

17、优选的，所述掩膜版的厚度为1～20μm。

18、本发明还提供了上述方案所述的摩擦纳米发电机或上述方案所述制备方法制备得到的摩擦纳米发电机在摩擦发电中的应用；所述摩擦的方法包括：将所述摩擦纳米发电机放入水流和/或气流中。

19、本发明提供了一种摩擦纳米发电机，包括聚合物柔性基底和位于所述聚合物柔性基底上的若干金属线条；所述若干金属线条呈等间距分布，相邻金属线条的间距为1～10μm；所述若干金属线条的线宽均相同，为1～10μm；所述金属线条与聚合物柔性基底之间通过聚合物-金属混合层或聚合物-非金属混合层结合；所述金属线条的材质为ni或cu。

20、本发明的摩擦纳米发电机利用水流或气流与金属线条进行摩擦产生电荷，具有高放电效率，电流最高为几百na至几个μa。本发明通过控制金属线条的线宽相同且等间距分布，可以保证摩擦时产生的电势一致，且通过控制线宽和间距在1～10μm，能够防止过大或过小水流产生的电荷发生中和。

21、本发明还提供了上述方案所述摩擦纳米发电机的制备方法，本发明的制备方法简单，可重复性强。

技术特征：

1.一种摩擦纳米发电机，其特征在于，包括聚合物柔性基底和位于所述聚合物柔性基底上的若干金属线条；所述若干金属线条呈等间距分布，相邻金属线条的间距为1～10μm；所述若干金属线条的线宽均相同，为1～10μm；

2.根据权利要求1所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述金属线条的厚度为1～8μm。

3.根据权利要求1所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述聚合物金属混合层中的金属为ni、cu或ti；所述聚合物-非金属混合层中的非金属为n、o或s。

4.根据权利要求1所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述聚合物金属混合层或聚合物-非金属混合层的厚度为1～30nm。

5.根据权利要求1所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述聚合物柔性基底的材质为聚酰亚胺或pet塑料。

6.权利要求1～5任一项所述摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述高能离子束注入的条件包括：能量为20～100kev，高能离子束剂量为1×1016～1×1017/cm2。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述低能离子束的能量为50～1000ev。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述掩膜版的厚度为1～20μm。

10.权利要求1～5任一项所述的摩擦纳米发电机或权利要求6～9任一项所述制备方法制备得到的摩擦纳米发电机在摩擦发电中的应用；所述摩擦的方法包括：将所述摩擦纳米发电机放入水流和/或气流中。

技术总结
本发明提供了一种摩擦纳米发电机及其制备方法和应用，属于纳米发电机技术领域。本发明提供的摩擦纳米发电机包括聚合物柔性基底和位于所述聚合物柔性基底上的若干金属线条；所述若干金属线条呈等间距分布，相邻金属线条的间距为1～10μm；所述若干金属线条的线宽均相同，为1～10μm；所述金属线条与聚合物柔性基底之间通过聚合物‑金属混合层或聚合物‑非金属混合层结合；所述金属线条的材质为Ni或Cu。本发明的摩擦纳米发电机利用水流或气流与金属线条进行摩擦产生电荷，具有高放电效率，电流最高为几百nA至几个μA。

技术研发人员：廖斌,陈琳,庞盼,罗军,张旭,英敏菊,吴先映
受保护的技术使用者：北京师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15