[发明专利]氟化石墨烯涂层制备摩擦纳米发电机的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种氟化石墨烯涂层制备摩擦纳米发电机的方法及其应用。本发明将氟化石墨烯分散于溶剂中形成氟化石墨烯溶液，对氟化石墨烯溶液抽滤制膜，或将氟化石墨烯溶液喷涂在导电材料外表面上制膜，成膜后的氟化石墨烯为氟化石墨烯涂层，或直接将氟化石墨烯用粘合剂粘附在导电材料外表面形成氟化石墨烯层；在纱线的表面涂的导电材料作为感应电极，在导电材料外涂氟化石墨烯涂层，氟化石墨烯涂层作为摩擦电负层，纱线一端作为电极接出端，形成摩擦纳米发电纤维，摩擦纳米发电纤维应用于摩擦纳米发电机进行水能的收集；氟化石墨烯涂层还应用于腐蚀性废水的能量回收。本发明将氟化石墨烯应用于摩擦发电机，使得摩擦纳米发电机器件具备耐腐蚀性以及长期使用性和稳定性等优点，能更好地进行雨滴能以及污水能地收集。

技术领域

本发明涉及一种摩擦纳米发电机用于收集水能，具体涉及了一种基于氟化石墨烯涂层制备的摩擦纳米发电机方法及其在水能收集中的应用。

背景技术

物联网的发展需要传感系统的支撑，传感器的能源供应已成为制约物联网发展的重大瓶颈之一。常见的有源传感器需自带电源，在应用时往往受到有限续航能力以及污染环境等问题的限制。近年来，对植物生长和环境信息进行长期和现场监测的要求催生了新型的自供电传感器，通过收集环境能量可以在无需外接电源的情况下正常工作。在环境能量收集器中，摩擦电纳米发电机由于其出色的输出性能，重量轻，成本低廉，制造简单，摩擦材料选择广泛的优势被广泛研究。一直以来，摩擦纳米发电机的重点都是实现高输出功率，如何从人体运动，环境振动，风流和海浪等来源中收集宽频机械能，以及器件的机械性能，例如柔韧性和可拉伸性。但是，随着摩擦纳米发电机的进一步发展，其耐腐蚀性和长期使用性变得至关重要，由于其在未来的物联网系统中将要实现稳定且长期的工作。为了提高摩擦纳米发电机的长期使用性，大量有关工作被报道，例如使用纤维素衍生的疏水纳米颗粒(HCOENPs)来延长材料降解速度，设计摩擦纳米发电机的结构以最小化摩擦阻力，以及氟化分子的表面改性。

另外，在农业环境中，水能作为可再生能源重要组成部分仍未得到充分挖掘和利用，因此其为能源收集提供了丰富的资源。然而，这也对能量收集器的性能提出了更高要求，需要其在宽范围的湿度环境下甚至与水直接接触下工作。例如，雨滴能作为自然环境中水能的一种广泛存在于中国南方很多地区，因此就如何从降雨天气中获取电力引起了广泛的研究兴趣。例如我们报道了多功能摩擦纳米发电机纱线在农业大棚布中的应用以收集雨水能量。因此，这需要摩擦纳米发电机器件具有耐腐蚀性和长期使用性，特别是对于较易被腐蚀的导电电极。基于此，具备自清洁、防腐蚀以及较好稳定性的超疏水表面在材料保护方面具有显著优势，在摩擦纳米发电机用于水能收集方面具有很大的发展前景。

氟化石墨烯作为一种新兴的纳米材料，被认为是氟化石墨的二维基本结构元素。由于其具有独特的化学稳定性，出色的绝缘性能和极低的表面能，使得它在自清洁，固体润滑剂，超疏水涂层和电化学电池的电极方面应用广泛。此外，形成高F/C比的C-F键使氟化石墨烯具有出色的电负性，被视为疏水性聚四氟乙烯的二维替代物。但是，这种兼具摩擦电负性和超疏水性的合适的摩擦层材料在摩擦纳米发电机中的应用领域还是一片空白。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种氟化石墨烯涂层制备摩擦纳米发电机，提供了其的方法及其在雨滴能和腐蚀性废水等水能收集的应用。

本发明的技术方案如下：

一、一种基于氟化石墨烯涂层的摩擦纳米发电纤维的制备方法

方法为在纱线的纤维表面涂覆的一层导电材料作为感应电极，接着在导电材料外粘附、涂覆或者喷涂的一层氟化石墨烯制膜，成膜后的氟化石墨烯为氟化石墨烯涂层，氟化石墨烯涂层作为摩擦纳米发电机的摩擦电负层，纱线的一端有部分感应电极上面不布置有氟化石墨烯，作为电极接出端，涂有感应电极和摩擦电负层的纱线形成摩擦纳米发电纤维。

将氟化石墨烯粉末用粘合剂粘附在导电材料外表面，或者将氟化石墨烯分散于溶剂中形成氟化石墨烯溶液，通过对氟化石墨烯溶液抽滤制膜，或者将氟化石墨烯溶液喷涂或涂覆在导电材料外表面上制膜。