[发明专利]一种纳米压电薄膜及纳米复合压电发电机的制备方法

权利要求书

1.一种纳米压电薄膜的制备方法，其特征在于：以具有生物相容性、成本低廉的细菌纤维素作为基体，以具有压电性质的纳米或亚微米颗粒作为填充材料，两者复合得到具有压电性质的薄膜；具体步骤如下：

先使用物理机械方法或化学溶解方法将细菌纤维素在液相中分散成细小纤维，获得细菌纤维素浆料；

将具有压电性质的纳米或亚微米颗粒加入细菌纤维素浆料中，并充分混合，得到混合浆料；具有压电性质的纳米或亚微米颗粒材料包括钛锆酸铅、钛酸钡、铌镁酸铅、铌酸钠、铌酸钾、铌酸锂；

利用物理方法或化学方法对混合浆料进行处理，使纳米纤维重新交联成网络结构，并使压电颗粒均匀分布于其中，得到湿态纳米复合压电薄膜；

对上述湿态纳米复合压电薄膜进行干燥，得到干态纳米复合压电薄膜；

对干态纳米复合压电薄膜进行高压极化，使压电颗粒中的电畴取向一致，得到具有定向压电性质的薄膜。

2.如权利要求1所述的纳米压电薄膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的物理机械方法是指通过外力将天然细菌纤维素膜打散成为分散的纤维或纤维束；所述的化学溶解方法是在化学溶剂的作用下使纤维分散开；物理机械和化学溶解方法目的是使细菌纤维素均匀分散于液相中，形成半凝胶或溶液状态的细菌纤维素浆料。

3.如权利要求1中所述的纳米压电薄膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的具有压电性质的纳米或亚微米颗粒同时具有压电性和铁电性，施加电压可发生极化。

4.如权利要求1所述的纳米压电薄膜的制备方法，其特征在于：每40ml密度为0.9675g/ml的细菌纤维素浆料与0.001-0.01mol的压电颗粒混合；混合方法是：先将压电颗粒分散于乙醇中，再把该乙醇分散液与细菌纤维素浆料充分混合，得到均匀的混合浆料。

5.如权利要求1所述的纳米压电薄膜的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的物理方法是指将混合浆料中的液体成分去除，使纳米纤维脱水并在氢键作用下自然地重新结合在一起；所述的化学方法是指通过添加交联剂辅助纳米纤维重新结合；以上方法均可得到细菌纤维素和压电颗粒均匀复合的湿态薄膜。

6.如权利要求1所述的纳米压电薄膜的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的湿态的干燥是将湿态薄膜夹在两片平整光滑的钢板或聚四氟乙烯板之间，并在真空状态下机械施压，在60-90 ℃下干燥，最终得到干燥平整并具有柔性的纳米复合压电薄膜，真空度< 100 Pa，机械施压压力1 MPa～10 MPa。

7.一种采用权利要求1-6所述的纳米压电薄膜制备纳米复合压电发电机的方法；其特征在于：纳米复合压电发电机的结构为从上到下分别为上电极层、纳米复合压电层、下电极层；所述上、下电极层为带有厚度10～100nm导电层的基片，纳米复合压电层为细菌纤维素和压电颗粒的纳米复合压电薄膜。

8.如权利要求7所述的制备纳米复合压电发电机的方法，其特征在于：上、下电极层的制备是直接把导电层制备在纳米复合压电薄膜的上下表面，或者把导电层制备于基片上，再把带有导电层的基片固定于纳米复合压电薄膜的上下表面。

9.如权利要求8所述的制备纳米复合压电发电机的方法，其特征在于：所述的纳米复合压电发电机需要通过极化达到最佳性能，极化方式为：在25至200℃下，根据压电薄膜的厚度，通过上下电极施加50-300kV/cm不等的电压，并保持24小时，最后带压降温。