[发明专利]压电式发电机用ZnO/C纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于发电纤维技术领域，具体涉及一种压电式发电机用ZnO/C纤维的制备方法。

背景技术

随着经济社会的发展,电已经是社会中不可或缺的一部分。我国的电力现状是都市缺电，偏远无电,春秋谷，冬夏峰。虽然国家开启了西电东送的工程，但是长距离输电的电力损失和高昂的线路铺设费用则使电力的成本不降反升。中国电力企业联合会发布的数据显示，2011年我国用电量达4.69万亿千瓦时，同比增长11.7%。2010年电力供需最大缺口为3000万千瓦；迎峰度夏期间最大缺口为2500万千瓦。目前，发电量远不能满足经济增长的需求。

纳米技术作为21世纪的一个重要新兴科技领域， 在理论与实践上正经历着高速的发展。大量新型纳米材料与器件不断被开发出来，并在生物医学、国防以及人们日常生活的各个领域中展现出前所未有的应用前。然而，纳米技术发展到今日，大量的研究都集中于开发高灵敏度，高性能的纳米器件，几乎还没有任何关于纳米尺度的电源系统研究。但是， 应用于生物及国防等方面的纳米传感器对这种电源系统的需求却与日俱增。例如, 无线纳米系统对于实时同步内置生物传感器和生物医药监控，生物活体探测具有重大的意义。然而，任何生物体内置的无线传感器都需要电源， 一般来说，这些传感器的电源直接或者间接来源于电池。如果这些传感器能物体内自己给自己提供电源， 从而实现器件和的同时小型化， 这是科学家们一直所梦寐以求的， 因此，开发出能将运动、振动、流体等自然存在的能转化为电能从而实现无需外接电源的纳米器新型纳米技术具有极其重要的意义。这一技术大减小电源尺寸的同时提高能量密度与效率，成纳米系统的微型化方面将产生深远的影响。

常规压电材料由于化学成分及晶体结构较复杂，很难合成出高质量的具有纳米尺度的结构。因此，高的输出功率只能通过增加尺寸和外界作用力来实现，无法实现小尺寸与大功率的有机结合。氧化锌作为一种新型半导体压电材料，具有比较简单的化学成分与晶体结构。我们实验室通过几年的研究，已经大量合成出一系列不同形貌的氧化锌纳米结构, 并能较好地控制其纯度、尺寸、形貌以及晶体结构。这为大功率的纳米发电机的开发提供了重要的物质基础。纳米线的直径很小，通常不到100nm，但其长度却可以达到数微米。 极大的纵横比使得很小的作用力便能将氧化锌纳米线弯曲而产生电势差。因此，只要能实现大量竖直纳米线在较小作用力下连续进行弯曲伸直这一过程，具有较大输出功率的纳米发电机就有可能得以实现。

碳纤维作为新一代复合材料的补强纤维，以其高强度高模量比，低密度，低x光吸收率，抗腐蚀、耐烧蚀、抗疲劳，耐热冲击，导电导热、膨胀系数小和自润滑等优异性能，与金属、树脂、橡胶、玻璃等组成复合材料广泛应用于从航天、航空、航海等高技术产业到汽车、建筑、轻工等各个领域。高性能碳纤维是高技术复合材料中最重要的增强材料，对国防军工和国民经济有着举足轻重的影响，发展高性能碳纤维的生产技术对发展我国碳纤维工业和高性能复合材料有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供一种压电式发电机用ZnO/C纤维的制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的压电式发电机用微孔ZnO/C纤维的制备方法，包括如下步骤：

（1）将细菌纤维素湿膜溶解在离子液体溶剂中得到纤维素纺丝液；纺丝液中细菌纤维素的质量百分含量为5-10%；

（2）将制备好的纤维素纺丝液采用湿纺工艺制得细菌纤维素纤维；（2）将制备好的纤维素纺丝液采用湿纺工艺制得细菌纤维素纳米纤维；纤维直径为30~80nm，纤维长度为500nm~10mm。

（3）将以上细菌纤维素纤维经液氮浸没处理，将经液氮处理后的细菌纤维素纤维放入真空冷冻干燥机中冻干；

（4）将真空冷冻干燥后的细菌纤维素纤维进行锌真空溅射涂层，

（5）将经过真空溅射涂层的细菌纤维素纤维放置于马费炉中，在 600℃ ~1500℃ 的条件下进行碳化，从而制备出压电式发电机用微孔ZnO/C纤维。

所述的离子液体为氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑。