[发明专利]一种基于层间电场效应的柔性纳米发电机设计方法

权利要求书

1.一种基于层间电场效应的柔性纳米发电机设计方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）压电相纳米材料的制备：利用水热法制备BaTiO₃纳米粒子；将钛酸四丁酯、乙醇在酸性环境下混合，得到TiO₂凝胶；再将醋酸钡与TiO₂凝胶混合，调控Ba与Ti的原子比，并用强碱作为该过程的中和剂，在150~300 °C下反应4~8 h，得到BTO分散液溶液，过滤烘干后得到BTO纳米粒子粉末；

（2）BTO/有机聚合物柔性复合压电薄膜的制备：将BTO纳米粒子粉末分散于有机溶剂中，得到BTO分散液；将有机聚合物溶解于BTO分散液中，并在真空干燥箱中静置脱除气泡，制得BTO/有机聚合物旋涂液；用滴管吸取上述BTO/有机聚合物旋涂液，并将其滴在玻璃片上，在匀胶机上以一定的转速和加速度进行旋涂，然后将旋涂后的玻璃片置于加热板上干燥，将复合压电薄膜从玻璃上剥离，得到BTO/有机聚合物柔性复合压电薄膜；所述有机溶剂采用N,N-二甲基甲酰胺DMF或二甲亚砜DMSO；有机聚合物采用聚偏氟乙烯PVDF、聚丙烯腈PAN或聚二甲基硅氧烷PDMS；

（3）基于层间电场效应的多层复合压电薄膜的制备：将步骤（2）所得BTO/有机聚合物柔性复合压电薄膜上下叠压排列，并在上下相邻的复合薄膜之间构筑高介电相层：将高介电相材料置于上下相邻的复合薄膜中间，控制中间介电相层厚度是柔性复合压电薄膜厚度的1/5~1/25；得到多层BTO/有机聚合物柔性复合压电薄膜；所述高介电相材料包括空气或PPE1200薄膜或PVC薄膜或涂覆绝缘的液体胶；

（4）基于层间电场效应的多层复合薄膜纳米发电机的制备：铜片电极分别粘在上述多层BTO/有机聚合物柔性复合压电薄膜最上面和最下面，用PET薄膜作为绝缘层粘附在铜片电极层外，利用锡焊接技术将铜线引出。

2.如权利要求1所述的一种基于层间电场效应的柔性纳米发电机设计方法，其特征在于，步骤（1）中Ba与Ti的原子比为2:1，并用NaOH作为该过程的中和剂；步骤（2）中有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；所述有机聚合物为聚偏氟乙烯；真空脱泡2 h，得到BTO/PVDF/DMF旋涂液；旋涂后将玻璃片置于加热台上，在90 °C条件下加热30 min后，将有机溶剂挥发完全；用尖头镊子在玻璃片角处将BTO/PVDF/DMF复合薄膜剥离，制得厚度为10 ~ 500 μm的BTO/PVDF复合薄膜；匀胶机的转速为200~1500 rpm；步骤（3）中高介电相材料为空气。

3.如权利要求1所述的一种基于层间电场效应的柔性纳米发电机设计方法，其特征在于，步骤（1）中Ba与Ti的原子比为3:1，并用NaOH作为该过程的中和剂；步骤（2）中有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；所述有机聚合物为聚丙烯腈；真空脱泡2 h，得到BTO/PAN/DMF旋涂液；将旋涂好的复合薄膜的玻璃片置于加热台上，在90 °C条件下加热40 min后，蒸干溶剂；用尖头镊子在玻璃片角处将BTO/PAN复合薄膜剥离，制得厚度为10~500 μm的BTO/PAN复合薄膜，匀胶机的转速为50 ~ 1000 rmp；步骤（3）中高介电相材料为2 μm的PVC薄膜。

4.如权利要求1所述的一种基于层间电场效应的柔性纳米发电机设计方法，其特征在于，步骤（1）中调控Ba与Ti的原子比为3:1，并用NaOH作为该过程的中和剂；步骤（2）中有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；所述有机聚合物为聚偏氟乙烯；真空脱泡2 h，得到BTO/PVDF/DMF旋涂液；将旋涂好的复合薄膜的玻璃片置于加热台上，在80 °C条件下加热40 min后，蒸干溶剂；用尖头镊子在玻璃片角处将BTO/PVDF/DMF复合薄膜剥离，制得厚度为10~500 μm的BTO/PVDF复合薄膜，匀胶机的转速为200 ~ 1500 rmp；步骤（3）中高介电相材料为涂覆绝缘的液体胶；所述液体胶采用502液体胶或液体硅胶或PP/PE塑料胶或CA-260快干ABS液体胶。