[发明专利]柔性透明摩擦发电机及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及摩擦发电领域，尤其是一种柔性透明摩擦发电机及其制备方法。

背景技术

随着科技的迅速发展，人们的生活质量不断提高，一些实用、方便的自发电系统相继出 现。现有的自发电设备主要是王中林院士提出并成功研制成功的压电发电机和摩擦发电机。 压电发电机的原理是纳米线在外力的动态拉伸时，使纳米线中生成压电电势，而摩擦发电机 的原理是利用摩擦起电和电荷感应现象，使两端电极带上等量的相反电荷，从而达到对外输 出的目的。目前，不同结构的摩擦发电机已经相继问世，但是当前的摩擦发电机都不是透明 的，导致发电机所放的位置都失去了原来的色彩。例如，将目前的摩擦发电机放在家里的地 板上，将会遮挡地板上的花纹，失去了地板的意义并破坏了家中美好的环境艺术。为了解决 上述问题，本发明提出并成功研制出了柔性透明摩擦发电机。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于克服现有摩擦发电机因不透明而影响 实际使用范围的问题，提供一种能在不影响所放位置环境艺术效果的情况下把机械能转化为 电能且环保无污染、稳定性高的柔性透明摩擦发电机及其制备方法。为实现上述发明目的， 本发明技术方案如下：

一种柔性透明摩擦发电机，从上至下依次包括：

透明衬底、透明衬底下方生长或转移的透明导电材料构成的上透明电极、与上透明电极 紧密黏合的上层透明聚合物绝缘层、中空的用作支撑部分的塑料间隔环、下层透明聚合物绝 缘层、在下层透明聚合物绝缘层下方生长或转移的透明导电材料构成的下透明电极；所述上 层透明聚合物绝缘层和下层透明聚合物绝缘层用作摩擦电材料且二者由不同材料构成，上、 下透明电极分别是柔性透明摩擦发电机的电压或电流的输出端；上层透明聚合物绝缘层的下 表面和/或下层透明聚合物绝缘层的上表面设有多个凹凸结构。

作为优选方式，所述每个凹凸结构为金字塔形、圆形、条形或方形，每个凹凸结构的深 度或高度是500nm-1μm。

作为优选方式，所述上、下透明电极选自石墨烯薄膜、氧化铟锡薄膜、掺氟的氧化锡薄 膜中的任意一种。

作为优选方式，所述上层透明聚合物绝缘层是溶液旋涂烘干而成。

作为优选方式，所述的溶液是聚酰亚胺溶液、聚二甲基硅氧烷溶液、聚甲基丙烯酸甲酯 溶液、聚氧乙烯溶液、聚偏氧乙烯溶液中的任意一种。

作为优选方式，所述上层透明聚合物绝缘层的厚度是3-5μm。

作为优选方式，所述下层透明聚合物绝缘层选自：聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚酰亚 胺薄膜、聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜、聚酰胺薄膜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙 烯醇薄膜、聚二甲基硅氧烷薄膜中的和上层透明聚合物绝缘层材料不同的一种。

作为优选方式，所述的塑料间隔环材料是聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、 聚氯乙烯、聚丙烯中任意一种。

作为优选方式，所述的中空塑料间隔环厚度是600μm-1mm。

为实现上述发明目的，本发明还提供一种上述柔性透明摩擦发电机的制备方法，包括如 下步骤：

(1)在透明衬底上生长或转移一层透明导电材料作为上透明电极；

(2)在上透明电极上旋涂一层有机透明聚合物溶液，烘干后作为上层透明聚合物绝缘层；

(3)在下层透明聚合物绝缘层上生长或转移一层导电材料作为下透明电极；

(4)在上层透明聚合物绝缘层的下表面和/或下层透明聚合物绝缘层的上表面做一些凹 凸结构；

(5)制备连续中空的塑料间隔环；

(6)从上至下依次将透明衬底、上透明电极、上层透明聚合物绝缘层、中空的塑料间隔 环、下层透明聚合物绝缘层、下透明电极组装成柔性透明摩擦发电机。

凹凸结构使透明聚合物绝缘层表面粗糙，增加了摩擦系数，进而增加摩擦力，产生更多 电荷，凹凸结构还增加了摩擦层的表面积，摩擦面积增加从而增加了电荷密度。

通过上述技术方案，当该柔性透明摩擦发电机受到外力的作用时，例如，人走在该柔性 透明摩擦发电机上表面，或者雨滴落在该柔性透明摩擦发电机的表面，两种不同的绝缘层会 相互接触，产生摩擦，然后在各自的表面产生极性相反的摩擦电荷，然后被固定在两层不同 的透明聚合物绝缘层之间的中空的塑料间隔环分离，从而使两个透明电极之间具有很高的电 势差进行发电。