[发明专利]异质半导体纳米粒子及制备摩擦起电薄膜的方法

说明书

本发明涉及一种异质半导体纳米粒子及制备摩擦起电薄膜的方法，该异质半导体纳米粒子的制备方法为：将醋酸铜粉末溶于无水乙醇中，再加入TiO₂粉末，经分散﹑搅拌﹑脱泡，得到悬浮液A，将其加热，再加入葡萄糖溶液﹑NaOH溶液，得到悬浮液B；用离心干燥器对悬浮液B干燥，得到沉淀物，再用无水乙醇洗涤该沉淀物，最后干燥；制备摩擦起电薄膜的方法为：将异质半导体纳米粒子添加到液态的聚二甲基硅氧烷中，再与固化剂混合，得到B组分；再次称取聚二甲基硅氧烷，加入固化剂，得到C组分；先将C组分旋涂于电极表面，再将B组分旋涂在C组分表面，最后干燥处理；本发明实现了摩擦起电薄膜表面电荷密度的宽光谱调控，提高了其介电性能。

(一)、技术领域：

本发明涉及一种异质半导体纳米粒子及制备摩擦起电薄膜的方法。

(二)、背景技术：

随着物联网技术、大数据、人工智能等新一代信息技术的飞速发展，各种用于交互通讯的传感器的需求数量急剧增加。如何解决海量传感节点供电问题已成为现代信息技术发展的瓶颈。通过能量采集技术，将环境中储量丰富、分布广泛的可再生清洁能源转换为电能，为无线传感网络节点供电，是打破传统供电方式限制的有效解决途径。摩擦纳米发电机(TENG)作为一种新的颠覆性的能源收集器，具有前所未有的输出性能和相对较低的成本，已被证明是实现环境能量高效获取与转换的有效途径之一。然而，在摩擦纳米发电机工程化应用进程中存在输出功率较低的问题，成为其进一步推广应用的瓶颈制约。摩擦材料的表面电荷密度是影响摩擦纳米发电机输出功率的关键因素。目前，已有的表面形貌修饰、高介电纳米颗粒掺杂、化学官能团接枝、电荷注入、光调控增强等技术虽然在一定程度上优化了摩擦材料的起电性能，但摩擦纳米发电机仍存在表面电荷密度低，电荷泄露严重，鲁棒性差等瓶颈问题，而且，这些技术均无法实现对摩擦表面电荷实时有效的调控。新兴的光调控摩擦表面电荷技术虽然在一定程度上能够通过光照对摩擦纳米发电机的输出性能进行实时调控，但是存在电学输出小、调控谱带窄(表面等离子体共振只能在某个特定波长激发，宽带系半导体TiO₂的光生载流子(热电子-空穴对)效应仅能被紫外光激发)、光能利用效率低等问题。半导体TiO₂的带隙宽度为3.2eV，当用能量大于该带隙宽度的光照射半导体TiO₂时，其价带上的电子受到激发，跃迁至导带，在价带中生成相应的空穴，从而产生热电子-空穴对。目前，半导体TiO₂只能被紫外光激发，且其产生的载流子(热电子-空穴对)浓度较低。

(三)、发明内容：

本发明要解决的技术问题是：提供一种异质半导体纳米粒子及制备摩擦起电薄膜的方法，该异质半导体纳米粒子中的Cu₂O纳米粒子均匀负载于TiO₂粒子表面，此种结构不仅能有效增加Cu₂O纳米粒子与TiO₂粒子的接触界面，而且能够保证Cu₂O纳米粒子与TiO₂粒子同时充分接收到光照，该制备摩擦起电薄膜的方法通过异质半导体纳米粒子的掺杂对摩擦起电薄膜进行改性，实现了摩擦起电薄膜表面电荷密度的宽光谱调控，提高了摩擦起电薄膜的介电性能，使采用该摩擦起电薄膜的摩擦纳米发电机具有输出性能好﹑调控谱带宽、实时、简单、可靠的优点。

本发明的技术方案：

一种异质半导体纳米粒子的制备方法，具体为：

步骤1﹑称取醋酸铜粉末，然后将醋酸铜粉末溶于无水乙醇中，得到混合溶液A；其中，1g醋酸铜粉末加入80mL～100mL的无水乙醇；

步骤2﹑先采用超声分散器对混合溶液A进行分散处理，再依次进行搅拌处理﹑脱泡处理；

步骤3﹑称取TiO₂粉末，将TiO₂粉末加入到步骤2处理过的混合溶液A中，得到混合溶液B；其中，TiO₂粉末的粒径为50nm～200nm，1g TiO₂粉末加入4mL～5mL步骤2处理过的混合溶液A；