[发明专利]摩擦发电机的制造方法及摩擦发电机

说明书

技术领域

本发明涉及纳米技术领域，尤其涉及一种摩擦发电机的制造方法及制得的摩擦发电机。

背景技术

采用纳米技术的能量收集和转换装置，由于其独特的自发电和自驱动性质，很可能在制造和驱动自供电纳米器件和纳米系统装置中起到关键性的作用。

通常来讲，发电机具有生成电荷，将正负电荷分开产生电势差并由电势差驱动自由电子移动的作用，它以电磁、压电、热电、甚至静电效应为基础。在我们日常生活中，摩擦电和静电现象是一种非常普遍的现象，由于它很难被收集和利用，往往是被人们所忽略的一种能源形式，如果能够通过一种新的方法收集摩擦产生的电能或者利用该方法将日常生活中不规则的动能转换成能够利用的电能，将对人们的日常生活产生重要影响。

截止到目前为止，微型静电发电机已被研制成功，并且在微机电（MEMS）领域得到广泛应用。但是微型静电发电机的设计主要以无机硅材料为基础，并且器件的制造需要复杂的工艺和精密的操作。整个装置的制备需要大型的仪器设备和特殊的生产条件，造价成本过高，不利于发电机的商业化和日常应用。

因此，如何制造摩擦发电机尤其是如何以简单的工艺制造出摩擦发电机是目前一个急需解决的技术问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是针对现有技术的缺陷，提出一种摩擦发电机的制造方法，以实现以简单的工艺制造出摩擦发电机。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种摩擦发电机的制造方法，包括：

1）配料：准备高分子材料的浆料；

2）涂布：将所述浆料均匀地涂布在平板基材上；

3）干燥固化：对涂布有浆料的基材进行干燥固化处理，获得高分子薄膜层-基材层层叠体；

4）加热压印：对3）干燥固化步骤所得高分子薄膜层-基材层层叠体进行加热以及凹凸压印处理，获得带有微纳凹凸结构的高分子薄膜层-基材层层叠体；以及

5）组装：根据4）加热压印步骤得到的高分子薄膜层-基材层层叠体制成摩擦发电机，所述摩擦发电机包括层叠设置的第一电极层，第一高分子聚合物绝缘层，和第二电极层或者所述摩擦发电机包括层叠设置的第一电极层，第一高分子聚合物绝缘层，第二高分子聚合物绝缘层和第二电极层；或者所述摩擦发电机包括层叠设置的第一电极层，第一高分子聚合物绝缘层，居间电极层，第二高分子聚合物绝缘层和第二电极层；或者所述摩擦发电机包括层叠设置的第一电极层，第一高分子聚合物绝缘层，居间薄膜层，第二高分子聚合物绝缘层和第二电极层；第一电极层和第一高分子聚合物绝缘层一起，和/或第二电极层和第二高分子聚合物绝缘层一起，由4）加热压印步骤所得高分子薄膜层-基材层层叠体构成。

前述的方法，1）配料步骤中，所述高分子材料是聚二甲基硅氧烷；将高分子材料与固化剂混合均匀后溶于有机溶剂中，配成浆料，所述有机溶剂是正己烷、环己烷、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯或乙酸丁酯。优选的浆料中固体（混合物）与有机溶剂的质量比为1：20。所用固化剂为硫化剂，例如市购道康宁184。固化温度为60-120℃。

前述的方法，1）配料步骤中，所述高分子材料是酚醛树脂，环氧树脂或三聚氰氨甲醛树脂，将固化剂加入到所述高分子材料中，配成浆料。这些高分子材料本身是液态的，不需要使用有机溶剂，仅将固化剂添加到高分子材料中即可。

本发明摩擦发电机中高分子聚合物绝缘层与电极层之间，或者高分子聚合物绝缘层之间相互摩擦产生静电荷，从而导致电极之间出现电势差。因此，经过本发明工艺处理后，形成的高分子薄膜层需要能够摩擦起电。例如，常规酚醛树脂均可以应用于本发明，包括苯酚醛树脂、甲醛树脂。本领域技术人员容易根据所选高分子材料选择适用的固化剂。固化剂可为脂环族多胺、叔胺、咪唑类以及三氟化硼络合物。固化温度为60-120℃。

环氧树脂（包括缩水甘油醚类、缩水甘油酯类、缩水甘油胺类、脂肪族环氧化合物、脂环族环氧化合物）也可以应用于本发明。固化剂为聚琉醇型、多异氰酸酯型、脂肪族多胺、脂环族多胺、低分子聚酰胺、改性芳胺、脂环族多胺、叔胺、咪唑类以及三氟化硼络合物等，固化温度为50-100℃。

高分子材料还可以是三聚氰氨甲醛树脂，固化剂为ASA固化剂，固化温度为120-150℃。

前述的方法，3）干燥固化步骤中，对涂布有浆料的基材进行加热处理，使得高分子材料25℃运动粘度为80-99CST，固化形成高分子薄膜层-基材层层叠体。