[发明专利]一种基于压电纳米棒的直接书写法制备压电纳米发电机的方法

说明书

技术领域

本发明属于压电纳米发电机领域，特别涉及一种基于压电纳米棒的直接书写法制备压电纳米发电机的方法。

背景技术

随着能源危机的不断加剧，从环境中的可持续资源中获取能源成为能源发展的重要趋势。纳米发电机因其将随处可见的机械能转换为电能的独特性质越来越受到研究人员的关注。

为获得高性能的纳米发电机，研究人员尝试制备压电层图案化的压电纳米发电机。图案化结构导致应力局域效应，有效的应变可以大幅度的提高压电性能。现有的方法多为模板辅助法，所用的模板如氧化锌纳米棒阵列、聚苯乙烯纳米球阵列及光刻模板，该方法步骤复杂，耗时，昂贵。为提高压电纳米发电机的性能，研究人员还通过外延生长法、静电纺丝等方法制备取向的纳米棒阵列，但该方法只适用于有限的材料。

因而，开发一种适用于多种材料、制备方法简单、快速、节约成本的高性能压电纳米发电机一直以来是研究的热点之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于压电纳米棒的直接书写法制备压电纳米发电机的方法。该方法可同时获得图案化及内部压电纳米棒取向的压电层。其中图案化可自行设计，取向是喷头侧壁对墨水的剪切应力造成的。本发明方法简单，快速，节约成本，可大规模制备图案化及内部压电纳米棒取向的压电纳米发电机，该发电机具有较高的输出电压。

本发明所述的基于压电纳米棒的直接书写法制备压电纳米发电机的方法为：

(1)采用直接书写打印机按照图文信息将基于压电纳米棒的墨水直接书写在下电极上；

(2)重复步骤(1)0-20次，固化，得到图案化的压电层；

(3)将粘附液涂覆在上电极上得到粘附层；将上电极的粘附层一面盖于下电极的压电层上，固化，极化，即得到基于压电纳米棒的直接书写法制备的压电纳米发电机。

所述的上电极和下电极均为导电层覆盖的柔性聚合物膜。

所述导电层的材料选自金属、金属氧化物、碳材料中的一种或几种。

所述的金属选自金、银、铜。

所述的金属氧化物选自氧化铟锡。

所述的碳材料选自石墨烯、碳纳米管。

所述的柔性聚合物膜的材料选自聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯。

所述的基于压电纳米棒的墨水的配制方法为：将长度1-200μm的压电纳米棒，与质量比为1-100的可固化预聚体及其对应的固化剂混合均匀；墨水中压电纳米棒的质量分数为0-80％，且不为0。

所述的压电纳米棒选自铌酸钾纳米棒、铌酸钠纳米棒、铌酸钾钠纳米棒、氧化锌纳米棒、钛酸钡纳米棒、锆钛酸铅纳米棒、氮化铟纳米棒、氮化镓纳米棒。

上述步骤(1)中的直接书写的方法为：将墨水注入墨盒内，将下电极固定在打印平台上，墨水在10-150psi的空气压力下，以0.1-80mm s^-1的速度打印。

上述步骤(2)所述的图案为一组平行线，相邻两条线的间距大于线条宽度。

上述步骤(2)的固化温度为60-150℃，固化时间不少于10min。

上述步骤(3)的粘附液选自质量比为1-100的可固化预聚体及其对应的固化剂。

所述的可固化预聚体选自硅橡胶预聚体、聚氨酯预聚体、自交联型聚丙烯酸酯预聚体、自交联型环氧树脂预聚体。

上述步骤(3)中固化温度为60-150℃，固化时间不少于10min。

上述步骤(3)中极化温度为20-150℃，极化电压与压电层的厚度的比例为10kV/cm-600kV/cm，极化时间不少于2h。

本发明创新的采用了直接书写这一简单、快捷、便宜的方法同时获得图案化及压电纳米棒取向两种特征，该方法增大了压电纳米发电机的输出电压，从而有效地提高了其性能。

附图说明

图1本发明的基于压电纳米棒的直接书写法制备压电纳米发电机的方法示意图。

图2实施例1中步骤(3)得到的图案为一组平行线的压电层的显微镜图。

图3实施例1中步骤(3)得到的压电层中压电纳米棒取向的电子显微镜图。

图4实施例1制得的压电纳米发电机的实物图。

图5实施例1制得的压电纳米发动机的输出电压图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1：

(1)利用真空沉积法制备金覆盖的聚对苯二甲酸乙二酯膜作为下电极，金覆盖的聚酰亚胺膜作为上电极，上下电极的面积均为4cm*2cm；