[发明专利]压电摩擦复合式微纳发电机及其制备方法

权利要求书

1.一种压电摩擦复合式微纳发电机，其结构包括：压电薄膜、压电薄膜电极、具有微纳复合结构的柔性聚合物材料、聚合物材料电极。

2.根据权利要求1所述的一种压电摩擦复合式微纳发电机，所述压电薄膜为聚偏氟乙烯；所述压电薄膜电极为金属铝、镍、铜和/或银；所述具有微纳复合结构的柔性聚合物材料为聚二甲基硅氧烷与聚对苯二甲酸乙二醇酯的键合结构；所述聚合物材料电极为半导体材料或其它导电性好的金属。

3.根据权利要求2所述的一种压电摩擦复合式微纳发电机，所述压电薄膜电极在聚偏氟乙烯薄膜两侧，所述半导体材料为铟锡金属氧化物（ITO），所述导电性好的金属为金、银、铂、铜和/或铝；所述微纳复合结构的柔性聚合物材料为微米结构和纳米结构并存。

4.根据权利要求3所述的一种压电摩擦复合式微纳发电机，所述微米结构为金字塔形阵列或沟槽栅状阵列或半球形阵列，特征尺寸为1μm-200μm，间距为1μm-50μm；所述纳米结构为纳米毛刺或纳米筛孔，特征尺寸为2nm-1000nm，间距2nm-500nm。

5.根据权利要求1-4之一所述的一种压电摩擦复合式微纳发电机，输出电压在大于等于10伏，优选大于等于50伏，最好大于等于一百伏，单次转移电荷能力大于等于10纳库，优选大于等于50纳库，最好大于等于100纳库。

6.一种如权利要求1-5之一所述的压电摩擦复合式微纳发电机的制备方法，包括以下步骤：

1）、通过旋涂或自流平的方法，将PVDF溶液覆盖于硅基片或其它水平表面上，加热PVDF溶液，制成PVDF薄膜；

2）、在强电场下极化PVDF薄膜使其具有压电性；

3）、通过蒸发或溅射工艺，在PVDF薄膜两侧制作电极；

4）、通过光刻、湿法腐蚀或干法刻蚀，在硅基片或玻璃基片上制作微米结构；

5）、通过深反应离子刻蚀工艺，在微米结构表面上制作具有高深宽比和高密度的纳米结构，并通过后处理工艺降低结构表面的表面能；

6）、通过PDMS铸膜转印工艺，制备具有微纳复合结构的PDMS柔性薄膜；

7)、通过加热，将具有微纳复合结构的PDMS薄膜与PET薄膜键合；

8）、通过蒸发或溅射或化学气相沉积工艺，在PET薄膜表面制作电极；

9）、将带电极的PVDF压电薄膜与带电极的PDMS-PET键合结构组装并封装。

7.如权利要求6所述的压电摩擦复合式微纳发电机的制备方法，所述步骤1）中，PVDF溶液的溶质为PVDF粉末，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，溶质质量分数为5%-20%，加热温度为80-130℃，时间为2小时-4小时；所述步骤2）中，极化电场强度为50kV/cm-1500kV/cm；所述步骤3）中，电极为金属铝、镍、铜和/或银。

8.如权利要求6所述的压电摩擦复合式微纳发电机的制备方法，所述步骤4）中，微米结构的特征尺寸为1μm-200μm，间距为1μm-50μm；所述步骤5）中，纳米结构的特征尺寸为2nm-1000μm，间距为2nm-500nm；制备纳米结构的工艺参数为：线圈功率为800W–900W，压强为20mTorr-30mTorr，刻蚀气体SF₆流量为20sccm–45sccm，钝化气体C₄F₈或O₂流量为30sccm-50sccm，其中SF₆和C₄F₈气体流量比为1:1-1:2，平板功率为6W-12W，刻蚀/钝化时间比为10s:10s-4s:4s，刻蚀/钝化循环60-200次；后处理工艺参数为：线圈功率为800W-900W，压强为20mTorr-30mTorr，刻蚀气体SF₆流量为0sccm，钝化气体C₄F₈或O₂流量为30sccm-50sccm，平板功率为6W-12W，刻蚀/钝化时间比为0s:10s-0s:4s，刻蚀/钝化循环1-20次。

9.如权利要求6所述的压电摩擦复合式微纳发电机的制备方法，所述步骤7）中，加热温度为50-100℃，时间为30分钟-2小时；所述步骤8）中，电极为半导体材料或其它导电性好的金属。

10.权利要求1-5之一的所述的一种压电摩擦复合式微纳发电机的用途，包括：为便携式电子设备充电，优选手机、MP3；置于环境中收集机械能，优选鞋底、路面、轮胎、鼠标、键盘；自驱动环境监测，优选液体泄漏、结构突变。