[发明专利]用于将机械能转化为电能的摩擦纳米发电机及其制备方法

权利要求书

1.用于将机械能转化为电能的摩擦纳米发电机的制备方法，其特征是：按顺序将柔性衬底层I、电极材料层I、电负性摩擦层、电正性摩擦层、电极材料层II和柔性衬底层II封装后，将最外侧的两柔性衬底层通过弹性材料连接使得电负性摩擦层和电正性摩擦层间距排列制得摩擦纳米发电机；

所述电负性摩擦层是通过在气凝胶表面自组装摩擦电负性物质制得的；

所述电负性摩擦层的制备步骤如下：

(1)将纳米纤维分散在溶剂中经高速搅拌得到纳米纤维悬浮液，所述溶剂为水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、叔丁醇、乙酸和盐酸中的一种以上，所述纳米纤维悬浮液的浓度为0.01wt％～5wt％，所述高速搅拌的速度为8000～15000rpm；

(2)将纳米纤维悬浮液置于-50～-80℃的低温冰箱中冷冻12～36h后，在温度为-45～-60℃的条件下冷冻干燥36～60h得到气凝胶；

(3)在气凝胶表面均匀浸渍摩擦电负性物质溶液，再将气凝胶置于相分离诱导剂中静置20～40min，经去离子水洗涤和干燥制得电负性摩擦层，其中浸渍的摩擦电负性物质的质量为气凝胶中纳米纤维质量的10％～50％，所述摩擦电负性物质溶液的浓度为10wt％～20wt％。

2.根据权利要求1所述的用于将机械能转化为电能的摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，所述电正性摩擦层的制备方法基本同电负性摩擦层，不同之处在于自组装时使用的为摩擦电正性物质，或者所述电正性摩擦层的制备方法为在纳米纤维表面自组装摩擦电正性物质后制备气凝胶。

3.根据权利要求1所述的用于将机械能转化为电能的摩擦纳米发电机的制备方法，摩擦纳米发电机包括电负性摩擦层和电正性摩擦层，其特征在于：电负性摩擦层主要由自组装摩擦电负性物质的纳米纤维构成。

4.根据权利要求3所述的用于将机械能转化为电能的摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，所述电负性摩擦层为自组装摩擦电负性物质的纳米纤维气凝胶。

5.根据权利要求4所述的用于将机械能转化为电能的摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，所述电正性摩擦层为自组装摩擦电正性物质的纳米纤维气凝胶。

6.根据权利要求5所述的用于将机械能转化为电能的摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，所有纳米纤维气凝胶的孔隙率为98.5％～99.9％；

所有纳米纤维的直径为50～500nm，所有纳米纤维为含极性基团的热塑性高聚物纳米纤维；

所述热塑性高聚物纳米纤维是通过将热塑性高聚物与分散相均匀混合后，采用双组分不相容体系熔融共混相分离法制得的。

7.根据权利要求6所述的用于将机械能转化为电能的摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，所述热塑性高聚物为热塑性纤维素、聚酰胺6、聚酰胺66、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚甲醛、聚烯烃-乙烯醇共聚物、聚烯烃-丙烯酸共聚物、马来酸酐接枝聚烯烃和甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚烯烃中的一种以上；

所述摩擦电负性物质为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯-三氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺和聚二苯基丙烷碳酸酯中的一种以上；

所述摩擦电正性物质为聚甲醛、聚苯胺、聚乙烯亚胺、乙基纤维素、聚酰胺11、聚酰胺66、三聚氰胺甲醛、聚己内酯、醋酸纤维素、壳聚糖、聚乙二醇琥珀酸酯、聚乙二醇己二酸酯、聚二烯丙基邻苯二甲酸酯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯腈中的一种以上。

8.根据权利要求3所述的用于将机械能转化为电能的摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，具有多层结构，自上而下依次为柔性衬底层I、电极材料层I、电负性摩擦层、空气层、电正性摩擦层、电极材料层II和柔性衬底层II；

柔性衬底层I和柔性衬底层II通过弹性材料连接，所有柔性衬底层的厚度为0.05～0.20mm，所有电极材料层的厚度为0.01～0.15mm，所述电负性摩擦层的厚度为0.05～1mm，所述空气层的厚度为0.05～20mm，所述电正性摩擦层的厚度为0.05～1mm。

9.根据权利要求8所述的用于将机械能转化为电能的摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，所有柔性衬底层的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚甲基丙烯酸甲酯薄膜、铝箔、铜箔和织物材料中的一种以上；

所有电极材料层的材料为铝、铜、银、金、镍、铟锡氧化物、铜合金、液体金属、石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维和导电织物中的一种以上；

所述弹性材料为聚酰亚胺膜、海绵或弹簧。