【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及納米能源，具體涉及一種基于激光誘導(dǎo)實(shí)現(xiàn)的摩擦納米發(fā)電機(jī)及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、摩擦納米發(fā)電機(jī)是一種通過接觸起電和靜電感應(yīng)將各種外界動能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，具有制造工藝簡單、選材多樣、成本較低、能量轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于自供能系統(tǒng)、環(huán)境能量采集和微納傳感器等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的摩擦納米發(fā)電機(jī)需要通過材料之間的機(jī)械式摩擦來產(chǎn)生電荷，并通過持續(xù)的接觸-分離模式來實(shí)現(xiàn)機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)化。這種機(jī)械式摩擦起電的方式限制了摩擦納米發(fā)電機(jī)的應(yīng)用范圍，例如機(jī)械式摩擦必然導(dǎo)致材料的磨損，不但難以保證生成信號的精度，而且也降低了器件的使用壽命；其次，機(jī)械式摩擦要求材料之間必須接觸，可能導(dǎo)致一些超精密光學(xué)材料表面受到污染，從而無法用于制作摩擦納米發(fā)電機(jī)；最后，這種通過接觸才能起電的方式，也導(dǎo)致一些特定條件下的超遠(yuǎn)程控制無法實(shí)現(xiàn)。
2、因此，如何不采用機(jī)械式摩擦就能使得摩擦納米發(fā)電機(jī)起電，并且能夠?qū)ζ痣婋娏看笮∵M(jìn)行調(diào)控，就成為了納米發(fā)電機(jī)的全新發(fā)展方向，具有非常大的經(jīng)濟(jì)效益與應(yīng)用價(jià)值。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)針對以上問題，提出了一種激光誘導(dǎo)摩擦納米發(fā)電機(jī)及其制備方法，將高能激光輻照作用于材料表面，產(chǎn)生表面態(tài)能級突變，基于電荷重排或電子躍遷發(fā)生起電的原理，在無需物理接觸的條件下，即可產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)摩擦納米發(fā)電機(jī)發(fā)電的功能。同時(shí)，通過控制輸入激光的能量，可以對摩擦納米發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電量大小進(jìn)行調(diào)控，解決了摩擦納米發(fā)電機(jī)必須通過機(jī)械式接觸摩擦才能發(fā)電的問題。
2、本專
3、a部分包括依次固定相連的襯底2、支撐層3、電極4和摩擦電材料6，在電極4和摩擦電材料6之間引出導(dǎo)線5；b部分包括依次固定相連的另一個(gè)電極4以及摩擦電薄膜7、基底8，在電極4和摩擦電薄膜7中間引出另一根導(dǎo)線5；a部分的摩擦電材料6和b部分的電極4相對設(shè)置，并且留有間距；所述襯底2、支撐層3、電極4、摩擦電材料6的中間均留有供激光透過的孔；
4、所述激光誘導(dǎo)摩擦納米發(fā)電機(jī)還包括固定連接a部分或b部分的動能接收板1；通過動能接收板1接收來自于環(huán)境中的各類動能，使a部分和b部分做相對往復(fù)運(yùn)動，保持a部分和b部分的相對往復(fù)運(yùn)動以產(chǎn)生電能，并通過激光照射摩擦電薄膜7對該電能進(jìn)行放大和調(diào)節(jié)。
5、本案中a部分或b部分中的一個(gè)安裝有一個(gè)動能接收板1，動能接收板1上也留有供激光穿過的孔，其能夠接收來自于環(huán)境中的各類動能，包括電磁、風(fēng)力、流體、人體、機(jī)械或環(huán)境震動等產(chǎn)生的各種動能，構(gòu)成移動端；另一部分固定布置在上述部分的一旁作為固定端，通過動能接收板1帶動移動端做直線往復(fù)運(yùn)動，從而使得a部分、b部分相互靠近或遠(yuǎn)離。
6、另外，在動能接收板1的邊緣處還貫穿有導(dǎo)桿，所述導(dǎo)桿上固定連接有分處在動能接收板1上下兩側(cè)的限位塊。
7、進(jìn)一步的，兩根導(dǎo)線5連接到電壓測量裝置的正負(fù)兩端，所述電壓測量裝置為靜電計(jì)、電壓表或萬用表中任一種。
8、進(jìn)一步的，所述摩擦電薄膜7通過物理法或化學(xué)法直接鍍于基底8上，或直接用粘結(jié)劑粘到基底8表面。
9、上述中：
10、孔的大小應(yīng)不阻礙激光通過，一般為圓形或方形，直徑或邊長為1~30mm。
11、所述動能接收板1為常規(guī)硬質(zhì)材料構(gòu)成的任意形狀的支撐體，接收的動能來自于電能、磁能、風(fēng)能、流體能、人體運(yùn)動能、機(jī)械或環(huán)境震動能中的任一種或多種。
12、所述襯底2為聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛、聚甲醇、聚醚砜、聚丁烯、聚氯乙烯、聚醚醚酮、聚苯乙烯、聚醚酰亞胺、聚甲基丙烯酰亞胺、聚對苯二甲酸丁二酯、聚丙烯酸甲酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚4-甲基-1-戊烯、聚氧乙烯醚、聚偏二氟乙烯、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚對二甲苯聚丙烯、聚丙烯酰胺、聚鄰苯二甲酰胺、聚雙環(huán)戊二烯中任一種。
13、所述支撐層3是聚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、丙烯酸、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯、聚丁二烯、硅酮、聚丙烯酸酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇縮丁醛、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯、聚酰胺、聚乙烯、聚苯硫醚、聚對苯二甲酸丙二醇酯、熱熔膠、熱塑性彈性體、熱塑性聚氨酯、壓敏膠、丁苯橡膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠、硅膠中任一種。
14、所述電極4為銅、鈦、鋁、銀、金、鉑、鐵、錳、鉻、鎳或上述材料以任意比例組成的混合物所制成的箔狀或片狀物。
15、所述導(dǎo)線5是為銅、鈦、銀、金、鉑、鐵、錳、鋁、鉻、鎳或上述材料以任意比例組成的混合物所制成的具有導(dǎo)電特性的線狀物，其表面可以覆蓋一層或多層絕緣材料。
16、所述摩擦電材料6為聚四氟乙烯、全氟乙烯丙烯共聚物、聚偏氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亞胺、聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛、聚氨酯、聚苯硫醚、聚對苯二甲酸丙二醇酯、硅橡膠、氧化鋅納米線、氧化銦錫、氧化鋁、氧化鈦、氧化硅、氧化鎂、氧化錫、尼龍、腈綸和橡膠中任一種。
17、所述摩擦電薄膜7包括氧化鈦、氧化錫、氧化礬、氧化硅、氧化鋯、氧化鉭、氧化鉿、氮化硅、氮化鈦、氮化鋁、硫化鋅、硫化鎘、氟化鈣、氟化鎂、氟乙烯丙烯共聚物、聚偏氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亞胺、聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛、聚氨酯、聚苯硫醚、聚對苯二甲酸丙二醇酯、硅橡膠、氧化鋅納米線、尼龍、腈綸和橡膠中任一種。
18、所述基底8為玻璃、陶瓷、石英、硅、鍺、氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、氧化鈰、氯化鈉、氯化鉀、氯化銫、氯化鋰、氟化鈉、氟化鉀、氟化銫、氟化鎂、氟化鈣、氟化鋁、溴化鈉、溴化鉀、溴化銣、碘化鈉、碘化鉀、碘化銣、硒化鋅、氮化鎵、氮化鋁、碳化硅、砷化鎵、磷化銦、硫化鎘、硫化鋅、鈦酸鍶、鈦酸鋇、鈦酸鉛、鈦酸鋰、鈦酸鍶鋇、鉭酸鋰、鈮酸鋰、鈮酸鈉、鎢酸鈉、硼酸鎂、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、尼龍、聚乳酸、聚己內(nèi)酯、聚丙交酯中任一種。
19、所述激光為連續(xù)激光、納秒激光、皮秒激光、飛秒激光中的任一種，波長覆蓋極紫外到遠(yuǎn)紅外波段。
20、所述激光誘導(dǎo)摩擦納米發(fā)電機(jī)按照以下步驟構(gòu)建：
21、s1、將襯底2和基底8表面擦拭干凈，然后用高純度氮?dú)獯底邭埩粑铮?/p>
22、s2、襯底2、支撐層3、電極4、摩擦電材料6，依次按順序自下而上逐一覆蓋，并進(jìn)行相互粘接，在電極4與摩擦電材料6之間接出導(dǎo)線5；其中襯底2、支撐層3、電極4、摩擦電材料6中心處均有可供激光透過的孔；
23、s3、在基底8上使用物理沉積法、化學(xué)沉積法或直接粘結(jié)的方法制備一層摩擦電薄膜7，薄膜厚度為2nm~8mm。
24、s4、在摩擦電薄膜7表面粘結(jié)另一個(gè)電極4，在薄膜層7和該電極4之間接出另一個(gè)導(dǎo)線5，并且該電極4中心處有可供激光透過本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種激光誘導(dǎo)摩擦納米發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述激光誘導(dǎo)摩擦納米發(fā)電機(jī)包括同軸布置的A部分和B部分；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光誘導(dǎo)摩擦納米發(fā)電機(jī)，其特征在于，兩根導(dǎo)線（5）連接到電壓測量裝置的正負(fù)兩端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光誘導(dǎo)摩擦納米發(fā)電機(jī)，其特征在于，在動能接收板（1）的邊緣處還貫穿有導(dǎo)桿，所述導(dǎo)桿上固定連接有分處在動能接收板（1）上下兩側(cè)的限位塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光誘導(dǎo)摩擦納米發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述襯底（2）為聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛、聚甲醇、聚醚砜、聚丁烯、聚氯乙烯、聚醚醚酮、聚苯乙烯、聚醚酰亞胺、聚甲基丙烯酰亞胺、聚對苯二甲酸丁二酯、聚丙烯酸甲酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚4-甲基-1-戊烯、聚氧乙烯醚、聚偏二氟乙烯、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚對二甲苯聚丙烯、聚丙烯酰胺、聚鄰苯二甲酰胺、聚雙環(huán)戊二烯中任一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光誘導(dǎo)摩擦納米發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述支撐層（3）是聚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、丙烯酸、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯、聚丁二烯、硅酮、聚丙
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光誘導(dǎo)摩擦納米發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述摩擦電材料（6）為聚四氟乙烯、全氟乙烯丙烯共聚物、聚偏氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亞胺、聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛、聚氨酯、聚苯硫醚、聚對苯二甲酸丙二醇酯、硅橡膠、氧化鋅納米線、氧化銦錫、氧化鋁、氧化鈦、氧化硅、氧化鎂、氧化錫、尼龍、腈綸和橡膠中任一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光誘導(dǎo)摩擦納米發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述摩擦電薄膜（7）包括氧化鈦、氧化錫、氧化礬、氧化硅、氧化鋯、氧化鉭、氧化鉿、氮化硅、氮化鈦、氮化鋁、硫化鋅、硫化鎘、氟化鈣、氟化鎂、氟乙烯丙烯共聚物、聚偏氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亞胺、聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛、聚氨酯、聚苯硫醚、聚對苯二甲酸丙二醇酯、硅橡膠、氧化鋅納米線、尼龍、腈綸和橡膠中任一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光誘導(dǎo)摩擦納米發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述基底（8）為玻璃、陶瓷、石英、硅、鍺、氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、氧化鈰、氯化鈉、氯化鉀、氯化銫、氯化鋰、氟化鈉、氟化鉀、氟化銫、氟化鎂、氟化鈣、氟化鋁、溴化鈉、溴化鉀、溴化銣、碘化鈉、碘化鉀、碘化銣、硒化鋅、氮化鎵、氮化鋁、碳化硅、砷化鎵、磷化銦、硫化鎘、硫化鋅、鈦酸鍶、鈦酸鋇、鈦酸鉛、鈦酸鋰、鈦酸鍶鋇、鉭酸鋰、鈮酸鋰、鈮酸鈉、鎢酸鈉、硼酸鎂、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、尼龍、聚乳酸、聚己內(nèi)酯、聚丙交酯中任一種。
9.一種權(quán)利要求1所述的激光誘導(dǎo)摩擦納米發(fā)電的制備方法，其特征在于，所述激光誘導(dǎo)摩擦納米發(fā)電機(jī)按照以下步驟構(gòu)建：
10.S4、在摩擦電薄膜（7）表面粘結(jié)另一個(gè)電極（4），在薄膜層（7）和該電極（4）之間接出另一個(gè)導(dǎo)線（5），并且該電極（4）中心處有可供激光透過的孔；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種激光誘導(dǎo)摩擦納米發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述激光誘導(dǎo)摩擦納米發(fā)電機(jī)包括同軸布置的a部分和b部分；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光誘導(dǎo)摩擦納米發(fā)電機(jī)，其特征在于，兩根導(dǎo)線（5）連接到電壓測量裝置的正負(fù)兩端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光誘導(dǎo)摩擦納米發(fā)電機(jī)，其特征在于，在動能接收板（1）的邊緣處還貫穿有導(dǎo)桿，所述導(dǎo)桿上固定連接有分處在動能接收板（1）上下兩側(cè)的限位塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光誘導(dǎo)摩擦納米發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述襯底（2）為聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛、聚甲醇、聚醚砜、聚丁烯、聚氯乙烯、聚醚醚酮、聚苯乙烯、聚醚酰亞胺、聚甲基丙烯酰亞胺、聚對苯二甲酸丁二酯、聚丙烯酸甲酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚4-甲基-1-戊烯、聚氧乙烯醚、聚偏二氟乙烯、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚對二甲苯聚丙烯、聚丙烯酰胺、聚鄰苯二甲酰胺、聚雙環(huán)戊二烯中任一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光誘導(dǎo)摩擦納米發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述支撐層（3）是聚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、丙烯酸、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯、聚丁二烯、硅酮、聚丙烯酸酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇縮丁醛、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯、聚酰胺、聚乙烯、聚苯硫醚、聚對苯二甲酸丙二醇酯、熱熔膠、熱塑性彈性體、熱塑性聚氨酯、壓敏膠、丁苯橡膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠、硅膠中任一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光誘導(dǎo)摩擦納米發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述摩擦電材料（6）為聚四氟乙烯、全氟乙烯丙烯共聚物、聚偏氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亞胺、聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：許程，劉浩杰，彭梓閏，馮培忠，
申請(專利權(quán))人：中國礦業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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