[发明专利]一种微纳结构薄膜的制备方法及应用

说明书

本发明提供一种微纳结构薄膜的制备方法及应用，采用喷枪喷涂方式制备获得所述微纳结构薄膜，该方法为气压式雾化喷涂或者静电喷涂的方式，将待喷涂材料的预聚液均匀喷涂覆盖于基底一侧，再通过一定时间的加热固化后，涂覆有材料的一侧会形成带有微纳结构薄膜的材料，该材料不仅拥有极大的比表面积，同时与基底材料连接紧密，不易脱落。该方法不仅步骤简单，同时成本低廉，对设备的要求不高，适合大面积、大批量、规模化制备。可以制备的薄膜包括蚕丝蛋白、聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯等摩擦材料以及电极材料，并能显著提高纳米发电机、自发电压力传感器等基于摩擦发电原理产品的性能。

技术领域

本发明涉及薄膜技术领域，特别是涉及一种微纳结构薄膜的制备方法及应用。

背景技术

摩擦式纳米发电机，是一种依靠摩擦发电和静电感应相互耦合的作用，使外部机械能量转化成电能的能量收集装置。摩擦发电效应是有机材料或者无机材料表面极性相异的电荷相互转移的结果，在闭合回路中，异种电荷相反的转移方向，促使了回路电流的产生。

近年来，有关摩擦式纳米发电机材料制备方法的研究层出不穷，按照工艺的不同可以分为：电纺丝法、等离子体刻蚀法、软刻蚀法。

电纺丝法是一种利用聚合物溶液或熔体在强电场作用下形成喷射流进行纺丝加工的工艺，聚酰亚胺、丝蛋白和尼龙等聚合物材料都能通过电纺丝技术制作出具有极大比表面积、高孔等特点的微纳结构薄膜，然而电纺丝法通常受限于强电场、高压条件，成本高昂、不适合大批量生成。

等离子体刻蚀法利用反应式内气体电离后形成的等离子或离子，在电场下加速时，释放足够的力量与表面驱逐力来蚀刻出微纳表面结构，因此与电纺丝法类似，不适合大批量生成。

软刻蚀法是热固型材料涂覆于模具带有微纳结构薄膜一侧，加热固化后揭下薄膜便将微纳图形转移到薄膜上，该方法对模具的制作要求较高，同时也对薄膜揭膜等环节有较严格的要求，因此也不适合大批量生产。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种微纳结构薄膜的制备方法及应用，用于解决现有技术中不能大批量大面积制备摩擦材料或电极材料、成品率低等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种微纳结构薄膜的制备方法，所述制备方法至少包括：

1)将待喷涂物溶解于溶剂中，形成预聚液；

2)将所述预聚液注入喷枪中，并将所述预聚液喷涂于基底上；

3)固化所述预聚液，形成微纳结构薄膜。

作为本发明微纳结构薄膜的制备方法的一种优化的方案，所述步骤1)中，按0.1wt％～80wt％质量百分比，将待喷涂物溶解于溶剂中，形成预聚液。当然，不同的待喷涂物，需要不同的溶剂来溶解，其质量百分比也不一样，因此，根据不同的待喷涂物，利用对应的溶剂将待喷涂物溶解，形成预聚液，即喷涂液。例如，所述预聚液可以为蚕丝蛋白预聚液、聚二甲基硅氧烷(PDMS)预聚液、聚四氟乙烯(PTFE)预聚液或者聚酰亚胺(PI)预聚液等等，在此不限。

作为本发明微纳结构薄膜的制备方法的一种优化的方案，所述步骤2)中通过气压式雾化喷涂或者静电喷涂方式，将所述预聚液喷涂于基底上。

所述气压式雾化喷涂是通过一定的气压将喷枪中的液态涂料雾化成雾滴，并将其喷射到被涂物上，以在被涂物表面覆盖形成一层具有微纳结构的薄膜。

所述静电喷涂是利用静电电场来使涂料微粒沿着电场方向定向运动，并将涂料微粒吸附在被涂物表面的一种喷涂方法。

这里，不对喷枪的具体结构做限制，只要能将待喷涂物喷涂在基底上，并形成微纳结构的薄膜即可。