[发明专利]一种具有高输出性能的耐腐蚀摩擦纳米发电机的发电方法

说明书

本发明公开了一种具有高输出性能的耐腐蚀摩擦纳米发电机及其方法。该摩擦纳米发电机由摩擦电对、导电电极、支撑结构组成。铜镍合金导电带和聚四氟乙烯带用作摩擦电材料，聚甲基丙烯酸甲酯用作支撑部件，导电铜镍合金带用作导电电极，对于摩擦纳米发电机，实现了近似开路电压V_oc，短路电流和318V，92μA和1.24mW/cm²的峰值功率密度值。此外，研究证明了所提出的摩擦纳米发电机的耐腐蚀性。此外，摩擦纳米发电机可以很容易地融入鞋子并通过行走的动作进行操作。根据实验结果，制造的摩擦纳米发电机集成在鞋中的V_oc的近似值达到1500V，能够在3.4V的工作电压下驱动172个高功率LED。该研发明为实现耐腐蚀的自供电可穿戴电子系统提供了一种有潜力的解决方案。

技术领域

本发明涉及一种具有高输出性能的耐腐蚀摩擦纳米发电机。该摩擦纳米发电机可用于收集人体运动产生的机械能，同时还具有一定的耐腐蚀性。研发明为实现耐腐蚀的自供电可穿戴电子系统提供了一种有潜力的解决方案。属于纳米能源领域。

背景技术

近年来，由于重量轻，方便，多功能等优点，可穿戴柔性智能电子产品受到越来越多的关注。此外，微/纳米制造技术的快速发展促进了可穿戴电子产品的超小型化和集成化。然而，可穿戴电子产品的电源仍然是其发展的底线。传统的电源通常很大，会导致严重的环境污染。此外，随着无线互联网和服务升级的不断发展，用于便携式电子设备的传统电池的耐久性和储能能力已经不足。

因此，基于压电和电磁效应的振动能量收集器被认为是一些微型器件的有潜力的电源。电磁振动能量采集器由于尺寸小，不需要驱动功率的事实而被广泛用于引信中，并且它们可以应用于各种恶劣环境中。然而，收获人体运动产生的机械能很困难。压电振动能量收集器的特征在于宽的环境振动带宽和高水平的随机性。因此，当环境振动频率略微偏离收集器的共振频率时，这些收集器的收集能力和转换效率将显着降低。在我们的日常生活中，往复运动是一种非常常见的机械运动，例如，自然振荡，波浪运动，人体四肢摆动和机械活塞运动有关。然而，这些运动的特征(例如长往复距离，低频率和幅度/频率波动)对先前开发的振动采集器提出了挑战，这些振动采集器仅适用于由惯性力引起的低振幅和高频激励。

摩擦电纳米发电机已经被证明是一种有效且低成本的能量采集器，包括振动、人行走，雨滴下落、空气和水流动。摩擦纳米发电机是一种新型能量采集器，重量轻，灵活，具有高输出性能。这种收集器被称为绿色电池，因为它们比传统电池产生更少的污染，如铅酸电池和镍镉电池。在以前的工作中，一些证明摩擦纳米发电机是基于两个涂有金属电极的摩擦电荷薄膜材料的垂直分离模式，这被定义为垂直分离模式中的介电-电介质摩擦纳米发电机。随后，制造摩擦纳米发电机的新方法无需在摩擦电膜材料上沉积金属电极，这被定义为垂直分离模式中的导体-电介质摩擦纳米发电机。并且该模式可以构建用于“无线”应用的无电极摩擦纳米发电机，其可以有效地降低器件的制造成本并实现一些新的应用。

然而，这种模式不仅需要材料制造摩擦电对，而且还要导电。显然，只有金属材料才能满足这一要求。在以前的工作中，许多金属材料已被用作摩擦电材料，包括铜，铝和铁。与此同时。摩擦电材料的表面特性对摩擦纳米发电机的输出性能至关重要。但是，当人体运动产生的汗液滴落在摩擦纳米发电机表面时，这些材料的表面，特别是金属材料会被腐蚀，这种腐蚀可能对摩擦纳米发电机的输出性能有害。因此，耐腐蚀金属材料对于可穿戴摩擦纳米发电机是必不可少的。最近提出了一种耐湿摩擦纳米发电机，它可以在高湿度环境下提供稳定的输出性能。但耐湿摩擦纳米发电机的输出功率密度只能达到130μW/cm²，这极大地限制了摩擦纳米发电机的应用。在以前的工作中，增加摩擦电材料表面的粗糙度可以用作提高摩擦纳米发电机输出性能的有效方法。但是，这需要表面纹理的复杂制造过程，以及用于特定工艺步骤的昂贵设备。因此，迫切需要找到一种合适的材料来制造具有腐蚀性和高输出性能的摩擦纳米发电机。

发明内容

本发明提出了一种由导电铜镍合金胶带和特氟龙胶带组成的具有高输出性能的耐腐蚀摩擦纳米发电机，具体方案如下。