[发明专利]PVDF/石墨烯柔性压电材料及其柔性压电发电机的制备方法

说明书

本发明提供了一种PVDF/石墨烯柔性压电材料的制备方法，包括：步骤S1：将PVDF类聚合物溶解于有机溶剂中得到PVDF类聚合物溶液，并加入石墨烯分散液，得到均匀的石墨烯/PVDF类聚合物分散液；步骤S2：使PVDF/石墨烯分散液浸润一负载纤维材料，再将该负载纤维材料浸没在相分离剂中，并烘干，得到固化的PVDF/石墨烯压电材料。本发明还提供了利用该压电材料制备PVDF/石墨烯柔性压电发电机的方法。本发明利用相分离实现快速固化，利用石墨烯以及相分离同时促进极化作用，方法简便高效，提高了制得的PVDF/石墨烯柔性压电发电机压电性能。

技术领域

本发明涉及压电能量转换领域，具体涉及一种柔性压电发电材料及压电发电机的制备方法。

背景技术

压电发电机是一种利用压电效应将机械能转化为电能的装置，而柔性压电发电机使得人体运动能量的收集成为可能。随着可穿戴设备的悄然兴起，越来越多的人构想利用柔性压电器件作为可穿戴设备的能量来源。普通的压电材料如钛酸铅、氧化锌等具有对人体有害的重金属或者具有刚性，难以制备出柔性器件。聚偏二氟乙烯或称PVDF(Polyvinylidene Fluoride)是一种柔性的具有压电性质的高分子材料，无毒无害，且化学稳定性好，一直以来被人们用于柔性压电器件的制备，如刘夏等人在2017年ACS Nano第11卷第5期的Polymeric Nanofibers with Ultrahigh Piezoelectricity via Self-Orientation of Nanocrystals一文中报道了静电纺丝法，制备出高压电系数的PVDF纳米线，但是需要高电压极化，导致能耗较高。在Valentina Cauda等人在2013年ACS AppliedMaterials&Interfaces期刊上发表的Nanoconfinement:an Effective Way to EnhancePVDF Piezoelectric Properties中，报道了利用氧化铝模板制备高压电相的PVDF纳米柱，但是氧化铝模板价格昂贵，在PVDF纳米柱取出时会消耗模板导致浪费，效率低下，无法实现快速连续制备。

2016年，Sumanta Kumar Karan等人在PVDF中加入氧化石墨烯以及氧化铝，以PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)为基底制备出高能量转换效率的PVDF压电器件(Advanced EnergyMaterials2016,1601016)。但是现有的氧化铝、氧化石墨烯+氧化铝均是利用金属阳离子与PVDF中的氟相互作用诱导分子取向形成极化结构(β或γ相)，制备方式无法快速定型，从而降低器件制备效率。

侯成义等人在专利文件(CN106370221A)中公开了一种自响应PVDF/石墨烯/弹性织物复合传感器的制备方法，该制备方法利用纤维结构负载石墨烯以及PVDF以增强电流输出，但是为了得到压电相的PVDF，需要采用高压极化场，从而需要大量能耗。

综上可知，现有的柔性发电机的制备方法存在着低效率，高能耗等问题，因此开发一种节能且高效的柔性压电发电机的制备方法是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种制备PVDF/石墨烯柔性压电材料及其柔性压电发电机的制备方法，以提高PVDF/石墨烯柔性压电材料的生产效率，降低能耗，并提高制得的PVDF/石墨烯柔性压电发电机的压电晶型的含量以及提高其压电输出性能。

为了实现上述目的，本发明提供了一种PVDF/石墨烯柔性压电材料的制备方法，其特征在于，包括：步骤S1：将PVDF类聚合物溶解于有机溶剂中得到PVDF类聚合物溶液，并加入石墨烯分散液，得到均匀的石墨烯/PVDF类聚合物分散液；步骤S2：使PVDF/石墨烯分散液浸润一负载纤维材料，再将该负载纤维材料浸没在相分离剂中，并烘干，得到固化的PVDF/石墨烯柔性压电材料。

所述步骤S1的PVDF类聚合物溶液与石墨烯分散液通过超声混合均匀。

所述步骤S2中，采用浸渍法或喷涂法完成PVDF/石墨烯分散液浸润负载纤维材料。