[发明专利]一种柔性可修复摩擦纳米发电机及其应用

说明书

本发明涉及微能源采集技术领域，具体涉及一种柔性可修复水凝胶基摩擦纳米发电机及其在可穿戴电子器件上的应用。本发明基于摩擦纳米发电机，设计弹性材料为摩擦纳米发电机的电极基底，在此基础上添加碳纳米管作为导电材料，并在柔性电极中引入聚多巴胺和硼砂，使其具有遇水自修复功能，最后用高柔性硅胶封装，实现摩擦纳米发电机的柔性应用及可修复应用。本发明不仅设计了一种柔性较好，生物安全性高的摩擦纳米发电机，能够收集人体运动时产生的微小的摩擦运动能量，并将其应用在可穿戴电子器件上，还在传统柔性材料上引入可修复功能，克服了可穿戴材料易磨损拉断的缺陷。

技术领域

本发明涉及微能源采集技术领域，具体涉及一种柔性可修复摩擦纳米发电机的制备方法与其在可穿戴电子器件上的应用。

背景技术

能源一直都是推动人类社会发展的重要因素，随着能源应用的日趋紧张以及全球环境不断恶化，如何在可持续发展的道路上越走越远，并解决能源供给是全世界共同面临的问题之一。

此外，随着电子科学技术的迅速发展和人类日益增长的物质生活需求，便携式、可穿戴式电子产品已经成为生活中不可缺少的一部分，能源供应成为制约其发展的重要因素。目前，通过各种环境能量采集技术采集周围环境能量提供给电力系统，已经成为近些年来的研究热点。

自从摩擦纳米发电机2012年成功研发出，并凭借其独特的优势，迅速发展。目前，摩擦纳米发电机已经发展为四种类型，并成功应用于收集多种形式的摩擦能量，如机械能、运动能、风能、水能等。

发明内容

本发明公开了一种柔性可修复摩擦纳米发电机及其制备方法与在可穿戴电子器件上的应用。本发明基于摩擦起电和静电效应原理，收集微小的摩擦能量，将其转化为电能，实现了能源收集的微小化、集成化；而且，本发明克服了摩擦纳米发电机在可穿戴电子器件应用上易拉伸磨损的缺陷及局限性，所用的材料兼备柔性和可修复两种特性。

本发明采用如下技术方案：

一种柔性可修复摩擦纳米发电机，所述柔性可修复摩擦纳米发电机的制备方法包括以下步骤：

（1）将氨水、乙醇、水混合，第一次搅拌后，注入多巴胺盐酸盐溶液，继续搅拌后进行沉淀、离心、水洗，得到聚多巴胺纳米颗粒；

（2）将聚乙烯醇、碳纳米管、聚多巴胺纳米颗粒和水混合，加热搅拌形成凝胶，再加入琼脂糖和硼砂，再次加热搅拌得到水凝胶；

（3）将水凝胶进行冷冻-解冻循环处理，得到柔性可修复摩擦纳米发电机。

一种柔性可修复摩擦纳米发电机的制备方法，包括以下步骤：

（1）将氨水、乙醇、水混合，第一次搅拌后，注入多巴胺盐酸盐溶液，继续搅拌后进行沉淀、离心、水洗，得到聚多巴胺纳米颗粒；

（2）将聚乙烯醇、碳纳米管、聚多巴胺纳米颗粒和水混合，加热搅拌形成凝胶，再加入琼脂糖和硼砂，再次加热搅拌得到水凝胶；

（3）将水凝胶进行冷冻-解冻循环处理，得到柔性可修复摩擦纳米发电机。

一种柔性可修复摩擦纳米发电设备，所述柔性可修复摩擦纳米发电设备的制备方法包括以下步骤：

（1）将氨水、乙醇、水混合，第一次搅拌后，注入多巴胺盐酸盐溶液，继续搅拌后进行沉淀、离心、水洗，得到聚多巴胺纳米颗粒；

（2）将聚乙烯醇、碳纳米管、聚多巴胺纳米颗粒和水混合，加热搅拌形成凝胶，再加入琼脂糖和硼砂，再次加热搅拌得到水凝胶；

（3）将水凝胶进行冷冻-解冻循环处理，得到柔性可修复摩擦纳米发电机；

（4）在柔性可修复摩擦纳米发电机侧壁插入导电线，再用软硅胶封装，得到柔性可修复摩擦纳米发电设备。