[发明专利]一种摩擦纳米发电机及其制备方法

说明书

本发明公开了一种摩擦纳米发电机及其制备方法。该制备方法包括：提供一金属电极层；采用旋涂法在所述金属电极层一侧制备氧化锆镧中间介电层；采用旋涂法在所述氧化锆镧中间介电层背离所述金属电极层一侧制备电负性摩擦层；提供一基底；在所述基底的背面制备电正性摩擦层；所述电正性摩擦层设置于所述电负性摩擦层与所述基底之间，且所述电正性摩擦层与所述电负性摩擦层之间间隔预设距离，本技术方案通过旋涂法制备氧化锆镧中间介电层及电负性摩擦层实现了摩擦纳米发电机制备过程简单可控，从而实现了摩擦纳米发电机低成本、批量化生产；同时增加氧化锆镧中间介电层也提高了摩擦纳米发电机电荷输出特性，也延长了电荷衰减时间。

技术领域

本发明实施例涉及纳米能源技术领域，尤其涉及一种摩擦纳米发电机及其制备方法。

背景技术

摩擦纳米发电机(Tribo electric nano generator,TENG)的诞生为智能化物联网的电源网络发展提供了基础，而如何从材料出发进一步提高TENG的电学输出性能，以适应不同的应用需求是当前领域中亟待解决的关键问题。

摩擦材料表面电荷密度与平均输出功率和能量转换效率呈正相关关系，因此，大量研究致力于提高表面电荷密度。传统的方法包括对摩擦材料物理/化学改性、增大有效接触面积、人工离子注入及增加功能层等。一些研究表明，在摩擦层与电极层中添加功能性中间层可以增强感应电荷，改善TENG输出性能的同时延长电荷衰减时间，但目前制备中间层的方法大多为填充高介电常数纳米颗粒与有机物的混合物、溅射金属或金属氧化物、涂覆有机聚合物层等，上述方法受限于材料合成步骤复杂，设备及生产成本高，无法满足大批量低成本的工业化生产需求。

发明内容

本发明提供一种摩擦纳米发电机及其制备方法，实现了摩擦纳米发电机制备过程简单可控，从而实现了摩擦纳米发电机低成本、批量化生产；同时增加氧化锆镧中间介电层提高了摩擦纳米发电机电荷输出特性，也延长了电荷衰减时间。

第一方面，本发明实施例提供了一种摩擦纳米发电机的制备方法，该制备方法包括：

提供一金属电极层；

采用旋涂法在所述金属电极层一侧制备氧化锆镧中间介电层；

采用旋涂法在所述氧化锆镧中间介电层背离所述金属电极层一侧制备电负性摩擦层；

提供一基底；

在所述基底的背面制备电正性摩擦层；所述电正性摩擦层设置于所述电负性摩擦层与所述基底之间，且所述电正性摩擦层与所述电负性摩擦层之间间隔预设距离。

可选的，采用旋涂法在所述金属电极层一侧制备氧化锆镧中间介电层，包括：

称取预设质量比范围的硝酸锆粉末和硝酸镧粉末，采用去离子水配制预设混合浓度的所述氧化锆镧前驱体溶液，并将所述氧化锆镧前驱体溶液超声震荡并静置；

将所述氧化锆镧前驱体溶液滴加在所述金属电极层一侧；

采用旋涂机，并控制所述旋涂机的转速为第一预设转速范围、旋涂时间为第一预设时间范围，旋涂得到第一预设厚度范围的所述氧化锆镧中间介电层。

可选的，采用旋涂法在所述氧化锆镧中间介电层背离所述金属电极层一侧制备电负性摩擦层，包括：

称取预设质量比的聚二甲基硅氧烷溶液和固化剂，混合得到聚二甲基硅氧烷；并将所述聚二甲基硅氧烷放入真空腔室内预设时间；

将所述聚二甲基硅氧烷滴加所述氧化锆镧中间介电层上；

采用旋涂机，并控制所述旋涂机的转速为第二预设转速范围，旋涂时间为第二预设时间范围，旋涂得到第二预设厚度范围的所述电负性摩擦层。

可选的，提供一金属电极层之后，还包括：