[发明专利]半导体复合材料以及应用该复合材料的摩擦发电机

说明书

技术领域

本发明涉及半导体复合材料领域，尤其是涉及一种应用半导体复合材料摩擦发电的摩擦发电机。

背景技术

目前，能源问题是影响人类进步和可持续发展的重大课题之一。各种围绕新能源开发、可重复利用再生能源的研究正在世界各地如火如荼地进行着。

采用摩擦技术构建的能量收集和转换装置，在自供电纳米系统中起关键作用。并且，由于其具备环保、成本低、自驱动等特性，受到了广泛关注。随着王中林教授研究组研发的压电摩擦发电机实现机械能转换为电能以来，以压电和摩擦电为基础的不同结构和材料的摩擦发电机相继问世。目前，摩擦发电机已能够驱动小型液晶显示屏、低功率发光二极管以及微型电子器件和模块等，但是发电机的输出性能仍然是制约其发展和应用的关键因素。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有摩擦发电机输出性能的缺陷，提供了一种半导体复合材料及应用该半导体复合材料的摩擦发电机，可以明显提高摩擦发电机的负载能力。

体积电阻率介于10⁶和10¹²Ωcm的聚合物材料通常称为“半导体聚合物”，其体积电阻率在金属体积电阻率与绝缘材料体积电阻率之间的水平。本发明共同混合聚合物基底材料、粒径在200nm和100μm之间的聚苯胺颗粒、以及导电材料（例如100μm以下的微细碳纤维），得到了半导体导电性质的复合材料。在摩擦发电机中使用该半导体复合材料，可以有效降低摩擦发电机的工作内阻，在一定范围内可以提高摩擦发电机的负载能力。

为了解决上述技术问题，本发明提供的第一技术方案，一种半导体复合材料，以重量份计，该半导体复合材料包括：聚合物基底材料100份、聚苯胺颗粒5-50份。

前述的半导体复合材料，所述聚合物基底材料是聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚氯乙烯。

前述的半导体复合材料，所述半导体复合材料进一步包括导电材料5-50份。

前述的半导体复合材料，导电材料是碳纤维或碳纳米管。

前述的半导体复合材料，以重量份计，该半导体复合材料包括：聚合物基底材料100份、聚苯胺颗粒5-40份、以及导电材料5-40份。

前述的半导体复合材料，以重量份计，该半导体复合材料包括：聚合物基底材料100份、聚苯胺颗粒10份、以及碳纤维5份。

前述的半导体复合材料，所述聚苯胺颗粒的体积平均粒径在200nm和100μm之间。

前述的半导体复合材料，所述导电材料的平均直径在100μm以下。

前述的半导体复合材料，所述半导体复合材料的至少一个侧表面上设置微纳凹凸结构，优选为凸起高度200nm-100μm的微纳凹凸结构。

本发明提供的第二技术方案，一种半导体复合材料的制备方法，该方法包括：

（1）准备聚合物基底材料液态溶液；

（2）将聚苯胺与步骤（1）所得液态溶液混合均匀，然后离心分离；

（3）将离心分离所得溶液涂膜、烘干，得到至少一个侧表面具有微纳凹凸结构或两个侧表面均不具有微纳凹凸结构的薄膜。本发明采用常规丝网印刷、涂覆、旋涂等方法在硅模板上制备具有凹凸结构的薄膜。本发明采用机械搅拌的方式（球磨、磁力搅拌、搅拌杆搅拌）将物料混合均匀。

前述的方法，所述聚苯胺颗粒的体积平均粒径在200nm和100μm之间。

前述的方法，所述聚合物基底材料是聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚氯乙烯。

前述的方法，将聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚氯乙烯溶于二甲基乙酰胺（DMA）形成液态溶液。聚二甲基硅氧烷本身就是液态的，可以直接应用于第二步骤。

前述的方法，步骤（2）中，将聚苯胺与液态溶液混合均匀后，加入导电材料，然后混合均匀。

前述的方法，所述导电材料是碳纤维或碳纳米管。

前述的方法，所述导电材料的平均直径在100μm以下。

本发明提供的第三技术方案，半导体复合材料在摩擦发电机中的应用。

本发明提供的第四技术方案，一种摩擦发电机，包括层叠设置的第一电极层，第一聚合物材料层，和第二电极层，其中第一聚合物材料层所用材料是第一技术方案的半导体复合材料，或者第二技术方案得到的半导体复合材料。