[发明专利]一种基于摩擦纳米发电机的自驱动发光鼓掌器及其制备方法

权利要求书

1.一种基于摩擦纳米发电机的自驱动发光鼓掌器，其特征在于：包括两手掌和至少一个摩擦纳米发电机，所述摩擦纳米发电机由两摩擦部件构成，两摩擦部件分别固定在一个手掌的击打面上，使得两手掌在拍合时，两摩擦部件相互接触；

其中：第一摩擦部件是以PET薄膜作为柔性衬底，在所述柔性衬底上固定有金属铝片，在所述金属铝片上固定有PDMS薄膜，所述PDMS薄膜表面一体化成型有阵列式PDMS凸起；第二摩擦部件是以PET薄膜作为柔性衬底，在所述柔性衬底上固定有金属铝片，在所述金属铝片上设置有与所述阵列式PDMS凸起相配合的阵列式铝凸起；

第一摩擦部件和第二摩擦部件皆从金属铝片处引出电极，分别连接发光二极管的负极引脚和正极引脚；两手掌在拍合时产生机械能，所述摩擦纳米发电机将机械能转化为电能，使得发光二极管发光。

2.根据权利要求1所述的自驱动发光鼓掌器，其特征在于：所述摩擦纳米发电机的两摩擦部件分别固定在两手掌前端的手指处。

3.根据权利要求1所述的自驱动发光鼓掌器，其特征在于：所述PDMS薄膜的厚度在400～450μm；所述金属铝片的厚度在20～23.6μm。

4.根据权利要求1所述的自驱动发光鼓掌器，其特征在于：所述阵列式PDMS凸起和所述阵列式铝凸起皆为微米级阵列圆柱，各圆柱高度在80～100nm、直径在3～6μm，各圆柱之间间距在1～4μm。

5.一种权利要求1～4中任意一项所述的自驱动发光鼓掌器的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将两PET薄膜超声清洗并吹干后，作为柔性衬底备用；将两金属铝片和一n型轻掺杂硅片超声清洗并吹干后备用；

(2)利用光刻胶和紫外曝光技术在硅片的抛光面上定义所需阵列图案，再用电子束镀膜设备在硅片的抛光面上蒸镀30nm的金薄膜，最后用丙酮浸泡并超声去掉多余光刻胶，使硅片的抛光面形成金阵列；

然后将硅片放入浓度分别为4.6M的氢氟酸和0.4M的过氧化氢的混合溶液中，并在恒温箱内50℃刻蚀1小时，使金阵列处刻蚀出孔洞，获得硅模板；

再将由PDMS基本胶体和固化剂按质量比10:1构成的混合胶体旋涂在硅模板表面，然后放入真空干燥箱内，真空常温下保持15分钟以去除气泡，再加热至85℃保持1个小时；

最后进行机械剥离，获得表面一体化成型有阵列式PDMS凸起的PDMS薄膜；

(3)利用光刻胶和紫外曝光技术在一金属铝片的表面定义所需阵列图案，再用电子束镀膜设备在金属铝片的表面蒸镀100nm的铝薄膜，最后用丙酮浸泡并超声去掉多余的光刻胶，使金属铝片表面形成阵列式铝凸起；

(4)将另一金属铝片固定到一PET薄膜上，再将表面一体化成型有阵列式PDMS凸起的PDMS薄膜粘合到金属铝片上，并引出电极，获得第一摩擦部件；

(5)将表面形成有阵列式铝凸起的金属铝片固定到另一PET薄膜上，并引出电极，获得第二摩擦部件；

(6)分别将两摩擦部件的柔性衬底粘合到鼓掌器两手掌的击打面上，并在鼓掌器上设置发光二极管，然后将第一摩擦部件和第二摩擦部件分别连接发光二极管的负极引脚和正极引脚，即获得基于摩擦纳米发电机的自驱动发光鼓掌器。