【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)具體涉及一種膽甾相纖維素液晶膜摩擦納米發(fā)電機(jī)的制備方法，屬于生物質(zhì)納米材料、能量收集及自供電傳感領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
1、膽甾相液晶屬于液晶的一種，又稱手性向列型液晶，液晶分子相互平行排列成層狀結(jié)構(gòu)，層內(nèi)分子在長(zhǎng)軸方向上彼此平行排列，層與層之間有微小扭轉(zhuǎn)角，?各層分子指向矢沿著層的法線方向連續(xù)均勻旋轉(zhuǎn)，使液晶的整體結(jié)構(gòu)變?yōu)槁菪隣睿哂袌A二色性、選擇性反射、旋光性，可用作光學(xué)材料、裝飾材料等。
2、摩擦納米發(fā)電機(jī)（triboelectric?nanogenerator，teng）是一種基于接觸起電和靜電感應(yīng)耦合效應(yīng)的能源裝置。通常利用兩種極性不同的摩擦電材料相互接觸，從而產(chǎn)生電能。為開(kāi)發(fā)高性能環(huán)保型的teng，使用生物相容性和環(huán)境友好的摩擦電材料制備teng已日益受到重視。纖維素納米晶是從天然纖維素中提取的高結(jié)晶度的一維棒狀光子晶體，直徑為數(shù)十納米，長(zhǎng)度為數(shù)十到數(shù)百納米，它不僅具有納米顆粒的特性，還具有優(yōu)異的光學(xué)、力學(xué)性能、生物相容性、降解性以及可再生性能。纖維素納米晶在達(dá)到一定濃度下可自組裝成高度有序的膽甾相液晶膜，利用纖維素納米晶膽甾相液晶膜髙摩擦電性、良好的機(jī)械性能、綠色無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用于teng摩擦電材料，可拓寬teng摩擦電材料的選擇范圍及提升纖維素基teng的電輸出性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是提供一種以劍麻纖維等生物質(zhì)為原料，提取纖維素納米晶制作膽甾相纖維素液晶膜摩擦納米發(fā)電機(jī)的方法，獲得優(yōu)良的電輸出性能，開(kāi)發(fā)膽甾相纖維素液晶膜在teng
2、本專利技術(shù)為了實(shí)現(xiàn)上述目的，具體制備步驟如下：
3、（1）將劍麻纖維揉搓掉碎屑和泥沙后用60-80℃溫水清洗數(shù)次，晾干后使用破壁機(jī)將其打碎4-6?mm。
4、（2）取50?g步驟（1）所得劍麻纖維放入1000?ml高溫高壓反應(yīng)釜中，加入700-800ml濃度為1-3?mol/l的koh溶液，組裝好高溫反應(yīng)釜，放入烘箱中，升溫至160℃保溫12-16h。
5、（3）待步驟（2）反應(yīng)結(jié)束，冷卻至室溫后，將反應(yīng)產(chǎn)物過(guò)濾，取濾渣部分，用去離子水反復(fù)洗滌至濾液顏色不變，用玻璃棒蘸取濾液滴在ph試紙上，待試紙變色與標(biāo)準(zhǔn)比色卡對(duì)比，對(duì)比結(jié)果顯中性時(shí)，將得到產(chǎn)物在50-70℃真空烘箱中烘干至恒重，粉碎后備用。
6、（4）稱取20-25?g步驟（3）粉碎后產(chǎn)物于1000?ml三口燒瓶中，分別加入6-8?g次氯酸鈉、3-5?ml乙酸、500-700?ml去離子水，在60-80℃下加熱攪拌反應(yīng)2-4?h。
7、（5）待步驟（4）反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫后，將反應(yīng)產(chǎn)物過(guò)濾，將濾渣用去離子水反復(fù)洗滌，至濾液顏色無(wú)色透明、ph=7時(shí)，將濾渣置于60-80℃真空烘箱中烘干。
8、（6）稱取10-20g步驟（5）所得烘干產(chǎn)物，將其與90-180?ml的硫酸溶液（50-70?wt%）先后加入帶有機(jī)械攪拌的燒杯中，控制水浴溫度為40-50℃，均勻攪拌1-1.5?h后迅速加入十倍于硫酸溶液體積的去離子水中止反應(yīng)，得乳白色液體。
9、（7）將步驟（6）所得乳白色液體靜置一夜，倒去上清液后用離心機(jī)離心10?min，轉(zhuǎn)速為8000?rpm，倒去上清液，重復(fù)離心3-4次，至上清液由無(wú)色變?yōu)榈{(lán)色，保留下層白色沉淀。將白色沉淀轉(zhuǎn)移至透析袋內(nèi)，置于去離子水中進(jìn)行透析，透析3-7天，至透析袋內(nèi)的分散液呈淡藍(lán)色、ph=7。
10、（8）將步驟（7）透析袋內(nèi)所得淡藍(lán)色分散液放置在冰箱中冷凍4-8?h，待全部冷凍完成后放入冷凍干燥機(jī)干燥至恒重，制備出纖維素納米晶。
11、（9）稱取將步驟（8）所得纖維素納米晶0.2-0.6?g分散于20-60?ml去離子水中，配置1-3?wt%纖維素納米晶分散液。取不同體積的分散液分別置于100?ml燒杯中，按照每5ml、1?wt%纖維素納米晶體分散液中加入0.0167?g?聚乙二醇配置混合溶液，用超聲均勻攪拌后倒入直徑為9?cm培養(yǎng)皿中，靜置3-7天，待完全干燥后，揭下薄膜，即得到不同厚度的膽甾相纖維素液晶薄膜。
12、（10）將步驟（9）所制備的膽甾相纖維素液晶薄膜裁剪待用。在一支撐基體上貼敷雙面膠帶，裁剪與液晶薄膜等尺寸大小的導(dǎo)電材料粘附在雙面膠帶上，作為電極層，最后貼上裁剪好的膽甾相纖維素液晶薄膜作為摩擦正極，得到teng正極板；在支撐基體的另一面（背面），在雙面膠帶與電極層之間接通導(dǎo)線，導(dǎo)通電路。制作負(fù)極板重復(fù)上述步驟，選擇常用的摩擦電負(fù)性材料作為摩擦負(fù)極，將二者組裝后得到摩擦納米發(fā)電機(jī)。
13、所述生物質(zhì)原料包含但不僅限于劍麻纖維，也可以是稻草、麥秸、甘蔗渣、玉米桿、竹粉、棉花、亞麻、工業(yè)大麻、黃麻、龍舌蘭等。
14、所述摩擦電負(fù)性材料采用高分子聚合物膜，如聚四氟乙烯（ptfe），聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（pet）、聚二甲基硅氧烷(pdms)等。
15、本專利技術(shù)的有益效果是：
16、本專利技術(shù)利用生物質(zhì)原料作為原材料，其來(lái)源廣泛，具有綠色、環(huán)保、可降解、生物相容性好等特點(diǎn)，拓寬了teng摩擦電材料的選擇范圍，為能量收集及自供電傳感器件的綠色材料來(lái)源及提升纖維素基teng的電輸出性能提出了新的思路。本專利技術(shù)將生物質(zhì)纖維制成膽甾相纖維素液晶膜，在纖維素納米晶含量為1?%時(shí)，所得的膽甾相纖維素液晶膜形狀穩(wěn)定、性質(zhì)穩(wěn)定、柔韌性好。通過(guò)偏光顯微鏡可觀察到膽甾相纖維素液晶膜呈彩色，通過(guò)透射電鏡觀察其形貌可知，纖維素納米晶棒狀粒子的縱橫比為10-23，將其與摩擦電負(fù)性材料結(jié)合可制作成teng。測(cè)試基于不同厚度膽甾相纖維素液晶膜制備的teng的電輸出性能表明，當(dāng)厚度為70?μm時(shí)，其電性能最為優(yōu)異，最大短路電流可達(dá)到14.18?μa（圖1），最大開(kāi)路電壓可達(dá)282.8?v（圖2），最大電荷量達(dá)149.35?nc（圖3）。
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1.一種膽甾相纖維素液晶膜摩擦納米發(fā)電機(jī)的制備方法，其特征在于具體步驟為：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膽甾相纖維素液晶膜摩擦納米發(fā)電機(jī)的制備方法，其特征在于所述的纖維素納米晶體縱橫比為10-23的棒狀納米粒子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膽甾相纖維素液晶膜摩擦納米發(fā)電機(jī)的制備方法，其特征在于所述的膽甾相纖維素液晶膜厚度為40-120?μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膽甾相纖維素液晶膜摩擦納米發(fā)電機(jī)的制備方法，其特征在于所述的生物質(zhì)原料包含但不僅限于劍麻纖維，也可以是稻草、麥秸、甘蔗渣、玉米桿、竹粉、棉花、亞麻、工業(yè)大麻、黃麻、龍舌蘭等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膽甾相纖維素液晶膜摩擦納米發(fā)電機(jī)的制備方法，其特征在于所述的摩擦電負(fù)性材料采用高分子聚合物膜，如聚四氟乙烯（PTFE），聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膽甾相纖維素液晶膜摩擦納米發(fā)電機(jī)的制備方法，其特征在于所述的膽甾相纖維素液晶膜在能量收集及自供電傳感領(lǐng)域中的應(yīng)用。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種膽甾相纖維素液晶膜摩擦納米發(fā)電機(jī)的制備方法，其特征在于具體步驟為：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膽甾相纖維素液晶膜摩擦納米發(fā)電機(jī)的制備方法，其特征在于所述的纖維素納米晶體縱橫比為10-23的棒狀納米粒子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膽甾相纖維素液晶膜摩擦納米發(fā)電機(jī)的制備方法，其特征在于所述的膽甾相纖維素液晶膜厚度為40-120?μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膽甾相纖維素液晶膜摩擦納米發(fā)電機(jī)的制備方法，其特征在于所述的生物質(zhì)原料包...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郭彬，覃愛(ài)苗，潘婭婷，陸曼麗，廖東亮，楊莉花，張依潔，文博，廖雷，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：桂林理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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