[发明专利]摩擦纳米发电机用PVDF@KUAST-8纳米纤维复合薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开一种摩擦纳米发电机用PVDF@KUAST‑8纳米纤维复合薄膜及其制备方法，其制备方法包括以下步骤：将KUAST‑8粉末加入到丙酮中并超声形成悬浮液A，将PVDF溶解在DMF中制备溶液B，将悬浮液A与溶液B混匀制备纺丝溶液C；将纺丝溶液C装入注射器中静电纺丝，即得。本发明还提供了采用所述摩擦纳米发电机用PVDF@KUAST‑8纳米纤维复合薄膜得到的添加含氟金属有机框架材料的聚偏氟乙烯基高性能摩擦纳米发电机及其制备方法。本发明的PVDF@KUAST‑8纳米纤维复合薄膜提升了PF‑TENG的输出功率密度，能够将环境中的低频机械能直接收集转化为电能，是一种绿色环保的能源器件。

技术领域

本发明属于新型能源器件-摩擦纳米发电机制备领域，特别是涉及一种摩擦纳米发电机用PVDF@KUAST-8纳米纤维复合薄膜及其制备方法。

背景技术

近年来，摩擦电纳米发电机(Triboelectric nanogenerators,TENGs)在物联网、自供电传感器和可穿戴电源等诸多领域迅速发展。然而，低输出功率密度仍然是TENGs广泛应用的主要障碍之一。TENG通过摩擦起电和静电感应的耦合作用将机械能转化为电能，这个过程受摩擦电材料和器件结构的影响[Wang Z.L.,et al.Nano Energy,2012,1,328]。因此，研究人员探索了各种方法以提高器件的输出功率密度，包括材料表面改性、设计不同器件结构以及开发混合纳米发电机等。

金属有机框架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是一类由金属离子或金属团簇与有机配体通过配位键自组装而成的多孔晶体材料，由于MOFs具有成分和结构的可设计性，在近二十年中已经被应用于许多领域[Stassen,I.,et al.Soc.Rev.2017,46,3185]。然而，MOFs在摩擦纳米发电机领域的应用还少有报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种摩擦纳米发电机用PVDF@KUAST-8纳米纤维复合薄膜及其制备方法，并提供了采用所述摩擦纳米发电机用PVDF@KUAST-8纳米纤维复合薄膜得到添加含氟金属有机框架材料的聚偏氟乙烯基高性能摩擦纳米发电机及其制备方法，该方法所需生产设备简单，操作简便，实验条件温和。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种摩擦纳米发电机用PVDF@KUAST-8纳米纤维复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将KUAST-8粉末加入到丙酮中并超声形成悬浮液A，将PVDF溶解在DMF中制备溶液B，将悬浮液A与溶液B混匀制备纺丝溶液C；

(2)将纺丝溶液C装入注射器中安装在推进泵上，采用静电纺丝法得到PVDF@KUAST-8纳米纤维复合薄膜。

步骤(1)中KUAST-8粉末在丙酮中超声时间为50～120min，优选为60～90min。

步骤(1)中所述KUAST-8粉末和丙酮中的固液比为1mg：(2～5)mL。

步骤(1)中所述PVDF和DMF的固液比为1g：(2～5)mL。

步骤(2)中所述纳米纤维复合薄膜中KUAST-8和PVDF的质量比为1：(150～250)。

步骤(2)中所述溶液的C的推进速率设置为15～25μL/min，注射器尖端和收集板之间的距离固定为12～18cm。

步骤(2)中所述静电纺丝的电压为12～20kV，优选为14～18kV，纺丝时间为15～50min，优选为20-40min。

所述小尺寸薄膜的尺寸为(1～4)×(1～4)cm²。

步骤(2)中所述纳米纤维复合薄膜厚度为50～300μm，优选为100～200μm。