[发明专利]含有微纳织构化蚕丝蛋白摩擦层的纳米发电机及制备方法

说明书

本发明公开了一种含有微纳织构化蚕丝蛋白摩擦层的纳米发电机及制备方法，包括第一极板及第二极板，其中，第一极板正对第二极板，第一极板包括自上到下依次分布的第一柔性PET基底及第一银纳米线输出电极层，第二极板包括自上到下依次分布的蚕丝蛋白摩擦层、第二柔性PET基底及第二银纳米线输出电极层，其中，蚕丝蛋白摩擦层正对第一柔性PET基底；蚕丝蛋白摩擦层的上表面为点阵状微纳织构，该发电机具有高透过率性能及绕曲电极性能的特点，该制备方法具有低成本及能够大面积制造的特点。

技术领域

本发明属于纳米摩擦发电领域，涉及一种含有微纳织构化蚕丝蛋白摩擦层的纳米发电机及制备方法。

背景技术

当两种不同的材料接触时，他们的表面由于接触起电会产生正负静电荷，而当分离时，接触电荷会相应地在材料的上下电极产生感应电势差，以此实现机械能向电能的转换。基于这个原理的纳米摩擦发电机的发明是机械能发电和自驱动系统领域一个里程碑式的发现。者为有效收集机械能(无论时有机材料还是无机材料)提供了一个全新的模式。迄今，纳米发电机面功率密度可达500W/m²,而瞬时的能源转换效率高达70％左右，可作为可持续的微功率电源用于微小型设备(如电子皮肤、可植入医疗器件等)的自供电；作为自驱动传感器用于健康监测，生物传感，人机交互，环境监测，基础设施安全等；并作为基础网络单元，在低频下收集海水运动能量直至实现蓝色无污染能源的伟大梦想。从微观尺度的能量收集到宏观高能量密度的发电，从微笑的机械振动给到浩瀚的海洋，纳米发电机能源系统为实现集成纳米器件和大规模能源供应打下了坚实的理论和技术基础，并将应用于物联网、卫生保健、医药科学、国防安全乃至人工智能等诸多领域，有可能影响人类社会生活的方方面面。

摩擦纳米发电机有多种工作模式，其中垂直接触分离模式具有制备和设计简洁、高瞬时输出功率、容易实现多层集成等优点。摩擦层材料本身的得失电子能力和表面结构设计是发电性能的核心问题，微纳织构化的摩擦层可以获得更高的电能转换效率；同时基底材料、电极材料的选择可以为器件的稳定性、多功能集成提供保障。绿色无污染材料的使用亦是及早实现摩擦纳米发电机的实际生产和商业化的重要的需求，同时，发电机本身的透明度也决定了其应用场景的广泛程度，现有的研究方向甚少将高透过率性能作为改进目标。

总的来说，目前基于绿色环保及生物兼容性的摩擦层材料和透明可挠曲电极材料的摩擦纳米发电机的研究较少，同时缺乏一体化且具有低成本、大面积制造潜力的制备工艺。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种含有微纳织构化蚕丝蛋白摩擦层的纳米发电机及制备方法，该发电机具有高透过率性能及可挠曲电极性能的特点，该制备方法具有低成本及能够大面积制造的特点。

为达到上述目的，本发明所述的含有微纳织构化蚕丝蛋白摩擦层的纳米发电机包括第一极板及第二极板，其中，第一极板正对第二极板，第一极板包括自上到下依次分布的第一柔性PET基底及第一银纳米线输出电极层，第二极板包括自上到下依次分布的蚕丝蛋白摩擦层、第二柔性PET基底及第二银纳米线输出电极层，其中，蚕丝蛋白摩擦层正对第一柔性PET基底；

蚕丝蛋白摩擦层的上表面为点阵状微纳织构。

第一柔性PET基底及第二柔性PET基底的厚度均为10-1000微米。

蚕丝蛋白摩擦层的厚度为0.1-100微米。

所述微纳织构的直径为0.05-10微米，相邻两个微纳织构的中心间距为0-10微米。

本发明所述的含有微纳织构化蚕丝蛋白摩擦层的纳米发电机的制备方法包括以下步骤：

1)在第一柔性PET基底的上表面采用刮刀涂布的方式刮涂纳米线溶液，再进行热退火或机械加压形工艺处理，得第一银纳米线输出电极层，同时在第二柔性PET基底的下表面采用刮刀涂布的方式刮涂纳米线溶液，再进行热退火及机械加压形工艺处理，得第二银纳米线输出电极层；