[发明专利]基于全无机CsPbBr3钙钛矿的摩擦纳米发电机及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了基于全无机CsPbBr₃钙钛矿的摩擦纳米发电机及其制备方法和应用，本发明具体是在FTO或ITO导电玻璃上制备CsPbBr₃钙钛矿薄膜，并与介电材料薄膜组成的对电极组装成全无机CsPbBr₃钙钛矿摩擦纳米发电机。本发明中通过优化钙钛矿的成分、晶粒尺寸和表面粗糙度，提高了摩擦纳米发电机的电学输出性能和功率密度，同时具有制备方法简单、稳定性高、成本低廉、改进空间大的特点。本发明可以推动摩擦纳米发电机的实用化，加速摩擦纳米发电机的产业化进程，具有重要的实用价值和经济价值。

技术领域

本发明属于新材料技术以及新能源技术领域，具体涉及基于全无机CsPbBr₃钙钛矿的摩擦纳米发电机及其制备方法和应用。

背景技术

摩擦纳米发电机是近年来基于摩擦电效应和静电感应发展而来的一类采集低频动能并转化为电能的装置，具有低成本、高电压输出的优点，在海洋能、风能、人体动能的利用等领域具有广阔的应用前景，其基本结构包括电极和两种介电材料。

摩擦纳米发电机的工作原理为：两种介电材料A/B相互接触时，在两种材料表面产生相反的摩擦电荷(A带正电荷，B带负电荷)，当两种材料分开时，为了达到静电平衡，A材料的电极上感应出负电荷，B材料的电极上感应出正电荷，电子从B电极通过外电路转移至A电极，形成电流，同时在两电极间产生电势差，两种材料距离最大时达到静电平衡；当两种材料再次相互靠近时，静电平衡被打破，电子从A电极通过外电路转移至B电极，形成相反的电流和电势差，直至A/B完全接触时达到平衡，至此实现了一个循环。不断的循环往复，可以实现交流电信号的输出。虽然目前摩擦纳米发电机已经在微纳电子器件以及自供电系统中取得重大突破，但仍然存在以下问题：两种介电材料的使用造成发电机的内阻很大，虽然可以产生较高的开路电压，但较大的内阻导致输出电流很低，造成发电机输出功率偏低，该类发电机的商业化应用。

发明内容

本发明的目的在于提供了基于全无机CsPbBr₃钙钛矿的摩擦纳米发电机及其制备方法和应用，本发明的制备方法可以获得成本低、稳定性好、输出功率密度高的全无机CsPbBr₃钙钛矿摩擦纳米发电机。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明提供了基于全无机CsPbBr₃钙钛矿摩擦纳米发电机的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)、将溴化铅溶于N，N-二甲基甲酰胺中，配制浓度为1～2mol/L的溴化铅溶液；将溴化铯溶于甲醇溶液中，配制浓度为0.03～0.07mol/L的溴化铯溶液；

(2)、将所述溴化铅溶液旋涂在FTO或ITO导电玻璃基体上，然后进行加热，制备具有溴化铅薄膜的导电玻璃基体；

(3)、将所述溴化铯溶液旋涂在所述溴化铅薄膜表面，然后进行加热；重复旋涂，制备得到全无机CsPbBr₃钙钛矿薄膜电极；

(4)、在聚合物介电材料薄膜表面沉积导电银电极，得到摩擦纳米发电机的对电极；

(5)、将所述全无机CsPbBr₃钙钛矿薄膜电极与所述对电极相对封装，组装成摩擦纳米发电机。

进一步的，所述步骤(1)的溴化铅溶液中还添加溴化钡、溴化镁、溴化钙或溴化锶中任意一种或多种；添加的总溴化物与溴化铅的摩尔比为0～0.25∶1。

进一步的，添加的所述溴化镁的浓度为0～0.08mol/L，所述溴化钙的浓度为0～0.1mol/L，溴化锶的浓度为0～0.15mol/L，所述溴化钡的浓度为0～0.2mol/L。

进一步的，所述步骤(1)的溴化铯溶液中还添加溴化锂、溴化钠、溴化钾或溴化铷中任意一种或多种，添加总溴化物与溴化铯的摩尔比为0～0.25∶1。