[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

说明书

技术领域

本发明涉及能量转化领域，特别涉及到一种基于摩擦纳米发电机的自驱动发光鼓掌器。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，具备各种各样功能的微电子产品不断地走入人们的日常生活，并逐渐成为人类生活必不可少的一部分。然而，伴随着微电子产品的爆炸式增长，人们对电子产品的续航能力提出了更加苛刻的要求。一方面，随着超大规模集成电路产业的发展，微电子产品的功耗越来越小；另一方面，微电子产品的电池能量密度也越来越大。但是这两个方面能力的提高依旧不能满足人们的需求，一种基于摩擦静电感应原理的纳米发电机能够很好的解决此问题，这将对人们的日常生活产生巨大影响。

现有商用发光鼓掌器的发光大部分是通过电池供电来驱动的，外部电池不仅体积大质量重，不利于电子产品的小型化，而且含有对环境和人体有害的化学物质。因此，若能研究出将摩擦纳米发电机应用于发光鼓掌器的方式，避免电池的使用，将具有重要的价值。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，充分利用摩擦纳米发电机的供电作用，提供一种结构新颖、制备工艺简单、供电能力强、使用寿命长、且防雨防腐蚀能力强的自驱动发光鼓掌器。

本发明为解决技术问题，采用如下技术方案：

本发明基于摩擦纳米发电机的自驱动发光鼓掌器，其特点在于：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的相对应位置处，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。

鼓掌器在拍合时，手指处机械能最大，因此将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。

所述PDMS薄膜的厚度在400～450μm；所述金属铝片的厚度在20～23.6μm。

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。

本发明上述基于摩擦纳米发电机的自驱动发光鼓掌器的制备方法包括如下步骤：

(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基础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，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。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：