一种柔性纳米摩擦电极发电机及其制备方法与流程

本发明涉及纳米摩擦发电，具体涉及一种柔性纳米摩擦电极发电机及其制备方法。

背景技术：

1、近年互联网、人工智能技术逐渐成熟，电子产品逐步向柔性化、微小化和舒适化方向发展，如今，智能可穿戴设备已出现在日常生活中。目前市场上可穿戴设备种类繁多，规模也逐渐增加，在运动健身、医疗检测等领域前景广阔。但电子设备的微型化和穿戴化减小了传统电池的体积，也缩短了续航时间，传统电池为硬质电池携带不方便，且更换频繁会对环境造成一定的污染。

2、基于摩擦起电和静电感应耦合的摩擦纳米发电机可以将人体运动产生的机械能转化为电能。由于人体运动产生的机械能是一种清洁的可再生能源，因此，摩擦电纳米发电机(teng)被认为是从不规则频率的机械运动中清除动能的理想设备，是一种基于摩擦起电和静电感应效应的能源转换装置，从不规则振动、触发、滑动、旋转甚至声波中获取机械能，并将其转化为电能，也可收集人体在日常生活中产生的传统方式难以收集的低频机械能，持续稳定地为电子器件供电，其具有结构简单、重量轻、材料选择广泛、即使在低工作频率下也能高效工作的优点。然而，现有的大多数基于摩擦纳米发电机的设备存在功率强度低、电源管理效率低、电源连续性不足等技术问题。

3、目前大多数摩擦纳米发电机采用化学镍/浸金表面处理、化学沉积等方法，化学镀镍/浸金可以提供良好的电性能和环境耐受性，但其对基材表面的附着力较弱，容易脱落和损坏。而且制备过程复杂、制作成本较高，且摩擦纳米发电机的电极一般为铜电极或金电极，这些电极的成本较高。

4、因此，需要研究一种柔性纳米摩擦电极发电机及其制备方法，既能实现为可穿戴设备可持续供电，又能具有的较强的机械性能、电热性能，提高柔性纳米摩擦发电电极的使用寿命。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种柔性纳米摩擦电极发电机及其制备方法，以解决现有技术中大多数摩擦纳米发电机采用化学镍/浸金表面处理，容易脱落、损坏以及制作成本高的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、根据本发明的第一方面，提供了一种柔性纳米摩擦电极发电机，包括基底层和摩擦涂层，所述基底层为多功能电子织物，所述摩擦涂层为聚二甲基硅氧烷及聚甲基丙烯酸甲酯。

4、进一步地，所采用的聚二甲基硅氧烷及聚甲基丙烯酸甲酯的纯度>95wt.％。

5、进一步地，所述多功能电子织物的尺寸为2×2cm2。

6、根据本发明的第二方面，提供了一种柔性纳米摩擦电极发电机的制备方法，包括以下步骤：

7、s1.将制备聚二甲基硅氧烷的双组分试剂以10：1的比例混合于烧杯中进行搅拌，以得到聚二甲基硅氧烷溶液；

8、s2.将s1制备所得的聚二甲基硅氧烷溶液旋涂于多功能电子织物表面后，放入真空干燥箱中进行真空干燥处理，可得到柔性纳米摩擦正电极；

9、s3.将聚甲基丙烯酸甲酯为溶质，以三氯甲烷作为溶剂，混合搅拌使聚甲基丙烯酸甲酯溶于三氯甲烷，制备得聚甲基丙烯酸甲酯溶液；

10、s4.将s3所得的聚甲基丙烯酸甲酯溶液旋涂于多功能电子织物表面后，放入真空干燥箱中进行真空干燥处理，可得到柔性纳米摩擦负电极；

11、s5.将s2所得的柔性纳米摩擦正电极与s4所得的柔性纳米摩擦负电极通过外部负载电路进行连接进行组装成为柔性纳米摩擦电极发电机。

12、进一步地，所述s1中制备聚二甲基硅氧烷溶液的双组分试剂的主组分a为硅类聚合体，固化剂b为交联剂。

13、进一步地，所述s2中的柔性纳米摩擦正电极具体制备步骤如下：

14、(1)在室温下，将多功能电子织物吸附于旋转涂覆机上，在3000r/min的前提下，将s1所制备的聚二甲基硅氧烷溶液旋涂在多功能电子织物上；

15、(2)将涂覆有聚二甲基硅氧烷溶液的多功能电子织物放入真空干燥箱中，设定温度为80℃，真空状态下，烘干时间为8h，即可得到柔性纳米摩擦正电极。

16、进一步地，所述s3中制备聚甲基丙烯酸甲酯溶液的具体步骤为：将聚甲基丙烯酸甲酯作为溶质置于烧杯后，加入作为溶剂的三氯甲烷，其中聚甲基丙烯酸甲酯：三氯甲烷的质量比为10：1，并混合搅拌使聚甲基丙烯酸甲酯溶于三氯甲烷，得到含有聚甲基丙烯酸甲酯的溶液。

17、进一步地，所述柔性纳米摩擦负电极的具体制备步骤：

18、(1)将多功能电子织物吸附于旋转涂覆机上，在3000r/min的前提下，将聚甲基丙烯酸甲酯溶液旋涂在多功能电子织物上；

19、(2)将涂覆有聚甲基丙烯酸甲酯溶液的多功能电子织物放入真空干燥箱中，设定温度为80℃，真空状态下，烘干时间为8h，即可得到柔性纳米摩擦负电极。

20、进一步地，所述多功能电子织物的制备方法为：

21、(1)将1mg/ml的cnt分散液与1mg/mlpda分散液混合搅拌均匀得到pda@swcnt混合液，将巯基化涤纶织物浸入到pda@swcnt混合液内进行机械搅拌，反应完全后，将巯基化涤纶织物取出，清洗表面多余杂质并烘干，得到pda@swcnt/织物；

22、(2)取硝酸银溶于10ml蒸馏水中得到浓度比为0.08mol/l的硝酸银溶液，并逐滴加入氨水，直至溶液变为澄清得到配制的银氨溶液，向银氨溶液中加入十二烷基苯磺酸钠和单壁碳纳米管，其中十二烷基苯磺酸钠：单壁碳纳米管质量比为10：1，单壁碳纳米管的配置浓度为1mg/ml，使用超声波分散仪对配制的分散液进行超声处理，得到银氨溶液分散的单壁碳纳米管；

23、(3)将步骤(1)中制备的pda@swcnt/织物分别浸入由0.02g氯化亚锡和0.1ml盐酸配制的敏化剂及10ml由0.08mol/l硝酸银配制的活化剂进行敏化和活化反应；

24、(4)以步骤(2)所得银氨溶液分散的单壁碳纳米管作为氧化液，通过20ml的20％乙二醛和0.02ml三乙醇胺配制还原液，将步骤(3)中所得织物分别连续3次浸入氧化液和还原液中，得到ag-nps@swcnt/pda@swcnt/复合织物；

25、(5)将步骤(4)中的复合织物多次连续浸入pda@swcnt混合液内并取出烘干，使复合织物表面形成pda@swcnt保护层，可得到最终作为基底的多功能电子织物。

26、本发明具有如下优点：

27、1.利用自制备的多功能电子织物作为基底，自制备的多功能电子织物具有多功能性，较强的机械性能、电热性能、电磁屏蔽性能和较高的电热转换效率，且由于以多功能电子织物作为基底，能与人体直接接触，穿戴性更高，方便携带。

28、2.在多功能电子织物表面通过旋涂的方式形成聚二甲基硅氧烷或聚二甲基硅氧烷层，旋涂的摩擦涂层能够更好的附着于织物基底表面，渗入织物基底的纤维与纤维之间的缝隙中，使得柔性纳米摩擦发电电极使用寿命和使用稳定性大大提高。同时，旋涂的摩擦涂层能够进一步保护织物基底，保证了多功能导电织物本身所具有的较强的机械性能、电热性能、电磁屏蔽性能和较高的电热转换效率的特性。