[发明专利]一种摩擦纳米发电机及其制备方法、可穿戴设备

说明书

本发明提供了一种摩擦纳米发电机及其制备方法、可穿戴设备。该制备方法包括如下步骤：用静电纺丝法制备聚合物纤维网状膜，其作为电负性摩擦层；制备还原氧化石墨烯溶液，或在还原氧化石墨烯上负载有金属纳米颗粒或半导体纳米颗粒的还原氧化石墨烯杂化溶液；通过抽滤方式将还原氧化石墨烯溶液或还原氧化石墨烯杂化溶液负载在聚合物纤维网状膜上，以在聚合物纤维网状膜上形成还原氧化石墨烯膜或还原氧化石墨烯杂化膜，并将其作为电荷增强输出层；制备第二电极层，其同时作为电正性摩擦层；将电荷增强输出层和电负性摩擦层作为一个整体，使其与第二电极层电连接并形成预设间距，从而获得摩擦纳米发电机。由此，极大提高了摩擦纳米发电机的电学输出。

技术领域

本发明涉及纳米能源技术领域，尤其涉及一种摩擦纳米发电机及其制备方法、可穿戴设备。

背景技术

基于摩擦电和静电感应原理的摩擦纳米发电机发展十分迅速，由于其制作工艺简单，材料便宜易得，器件轻便以及转化效率高等特点，使得其成为未来机械发电的一种选择。然而，在纳米发电机可以作为大规模应用的实用绿色电源之前，须通过合理的设计显著改善其性能，包括输出性能和耐久性。而不断寻求提升摩擦纳米发电机输出表现的方法一直以来也是研究人员试图有效收获机械能的目标，实现这一目标的一种途径是材料方面的优化。

从材料角度来说，纳米发电机的性能品质因数与摩擦电荷密度的平方成正比，在确定结构得到最大电荷密度的条件下，提高摩擦电荷密度从而提升摩擦纳米电机的输出性能仍有很大的空间，而摩擦电荷密度也是确定输出功率的最重要参数。材料的优化方式除了物理表面工程外，主要是化学表面修饰，化学表面修饰是一种更为直接有效的方法。

现有技术中存在获得高性能摩擦纳米发电机的各种化学方法，例如通过掺杂高介电常数纳米粒子改变摩擦电材料的相对介电常数，在材料表面通过离子、分子微粒形成空隙结构，对高分子有机材料进行官能团的改变与修饰等，这些方法都能够用来获得摩擦纳米发电机的性能提升，但由于其高复杂程度、高成本、长生产时间以及低可重复性等相关的问题，实际应用仍然存在一定的限制。

因此，研究出一种简单、成本低又能大幅度增加摩擦电荷密度的摩擦材料以满足应用需求有着重要的意义。

发明内容

本发明的一个目的是要解决现有技术中的用于制备摩擦纳米发电机的方法复杂、成本高、生产时间长以及可重复性低的技术问题。

本发明的另一个目的是要解决现有技术中的摩擦纳米发电机的电学输出低的技术问题。

本发明的再一个目的是满足当代社会对于便携式可穿戴电子设备的供电需求。

特别地，本发明还提供了一种摩擦纳米发电机，其特征在于，包括：

电负性摩擦层，其为利用静电纺丝方法制备而成的聚合物纤维网状膜；

电荷增强输出层，其为还原氧化石墨烯膜，或在还原氧化石墨烯上负载有金属纳米颗粒或半导体纳米颗粒的还原氧化石墨烯杂化膜，所述电荷增强输出层与所述电负性摩擦层连结在一起；

第一电极层，其形成在所述电荷增强输出层的表面上；

电正性摩擦层，其同时作为第二电极层；

所述电荷增强输出层和所述电负性摩擦层作为一个整体，其与所述第二电极层电连接且具有预设间距，且能够相互接触分离产生电荷；

其中，所述电荷增强输出层用于增强所述摩擦纳米发电机的电学输出。

可选地，所述聚合物纤维网状膜的原材料为聚偏氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚丙烯腈、聚乙烯、聚氯乙烯和聚酰亚胺中的一种或多种的混合物。

可选地，所述金属纳米颗粒为金纳米颗粒或银纳米颗粒，所述半导体纳米颗粒为二氧化钛纳米颗粒。

可选地，所述第二电极层的材料为铜或铝。