【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及納米發電機，具體涉及一種基于zno納米纖維復合材料的柔性納米發電機及其制備方法。
技術介紹
1、壓電納米發電機是一種利用壓電效應可以有效地將周圍環境中的機械能轉化為電能的能量轉換器件，成為可持續能源收集的主要設備。作為peng的重要組成部分，各種壓電材料被研究，包括zno、pzt、聚合物、復合材料和多肽等。其中，聚合物和聚合物復合材料因其相對較大的壓電系數和柔性，在可穿戴電子產品中尤其受歡迎，如pvdf就是一種廣泛應用的半結晶壓電聚合物。近年來，pan作為一種替代pvdf的壓電聚合物材料被重新研究，并且已被用于能量收集領域。與pvdf膜相比，靜電紡pan納米纖維膜具有較低的價格，良好的熱穩定性以及較低的介電損耗。
2、然而，靜電紡pan壓電薄膜的機電轉換能力仍然較低，對制造高效率的發電設備來說是一個挑戰。此外，由于在高壓靜電場下拉伸和極化，pan納米纖維膜表面存在一定量的電荷殘留。這些殘留的表面電荷會隨著時間的增加而耗散，從而嚴重影響納米纖維薄膜壓電輸出的穩定性。因此，提高pan納米纖維膜的壓電能量轉換效率，降低表面殘留電荷，對制備高效穩定的能量收集器件具有重要意義。眾所周知，高分子鏈的構象對聚合物壓電材料的壓電性起決定作用。在固態下，pan大分子鏈有兩種構象，即31-螺旋和平面鋸齒形構象；其中，平面鋸齒形構象具有更大的偶極子取向，這使pan具有壓電性。通常，采用機械拉伸、電場極化和材料復合等方法來實現分子鏈構象的轉變。由無機和高分子壓電材料形成的壓電復合材料不僅可以改善壓電聚合物的構象，同時賦予其無機
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術的目的在于提供一種基于zno納米纖維復合材料的柔性納米發電機及其制備方法供電微電子器件。本專利技術通過將靜電紡絲和低溫水熱合成技術相結合制備出基于pan納米纖維和zno納米棒的柔性peng，表現出更優異的機-電轉化性能。為了實現上述專利技術目的，本專利技術提供以下技術方案：
2、本專利技術提供了一種zno/pan納米纖維復合壓電材料的制備方法，包括以下步驟：
3、將靜電紡zn(ac)2/pan復合納米纖維膜進行熱處理后進一步水熱生長，得到zno/pan納米纖維復合壓電材料；
4、所述zno納米棒陣列的制備過程中，包括zn(ac)2的分解以及zno納米棒的生長，所述熱處理時烘箱的溫度為130±5℃，熱處理時間為24h。水熱合成的溫度為90±5℃，水熱生長的時間為3h。當所述熱處理的溫度低于130±5℃或水熱合成溫度低于90±5℃時，所述程序熱處理及水熱合成的環境處于升溫狀態，復合納米纖維膜在未到達特定處理溫度時避免放入烘箱或生長液中。
5、優選的，生長液由zn(no3)2·6h2o、nh3·h2o、hmta和di組成。生長液的濃度為30mm，nh3·h2o的體積比為5％，hmta的濃度為10mm。
6、優選的，所述靜電紡zn(ac)2/pan復合納米纖維膜由zn(ac)2/pan溶液進行靜電紡絲得到；
7、所述靜電紡絲的工藝參數包括：靜電紡絲的施加電壓為22kv，zn(ac)2/pan紡絲液流速為0.5ml·h-1，紡絲距離為15cm。
8、本專利技術提供了上述技術方案所述制備方法得到的zno/pan納米纖維復合壓電材料。
9、優選的，所述zno/pan納米纖維復合壓電材料的厚度為100±10μm左右。
10、本專利技術提供了上述技術方案所述的zno/pan納米纖維復合壓電材料在機-電轉換器件中的應用。
11、本專利技術提供了一種基于zno納米纖維復合材料的柔性壓電納米發電機，三明治結構依次包括pet絕緣層、銅金屬電極層、zno/pan納米纖維復合壓電材料層、銅金屬電極層和pet絕緣層；
12、所述納米纖維復合壓電材料層的材料為上述技術方案所述的zno/pan納米纖維復合壓電材料。
13、本專利技術還提供了上述技術方案所述的柔性壓電納米發電機在醫療保健、個人熱管理和人類活動監測等領域的應用。
14、本專利技術提供了一種zno/pan納米纖維復合壓電材料的制備方法，包括以下步驟：將所述靜電紡zn(ac)2/pan復合納米纖維膜進行熱處理，得到zno種子層/pan復合納米纖維膜；所述熱處理時烘箱的溫度為130±5℃，熱處理時間為24h。當所述熱處理的溫度低于130±5℃時，所述程序熱處理的環境處于升溫狀態，zn(ac)2/pan復合納米纖維膜在未到達特定處理溫度時避免放入烘箱中。當所述水熱合成溫度低于90±5℃時，所述程序水熱合成的環境處于升溫狀態，zno種子層/pan復合納米纖維膜在未到達特定處理溫度時避免放入生長液中。本專利技術提供的制備方法zn(ac)2/pan復合納米纖維膜在130±5℃進行熱處理后，zn(ac)2發生熱分解，zn(ac)2分解為zno，在納米纖維上形成種子層；而且，本專利技術對zn(ac)2/pan復合納米纖維膜進行熱處理后復合納米纖維膜依然保持柔性；水熱合成的zno納米棒是沿纖維軸向排列的；本專利技術提供的制備方法得到的zno/pan納米纖維復合壓電材料仍然保持納米纖維膜的柔性和透氣性。
15、本專利技術提供了上述技術方案所述制備方法得到的zno/pan納米纖維復合壓電材料。本專利技術提供的zno/pan納米纖維復合壓電材料的具有優異的機-電轉換性能和柔性，如本專利技術實施例結果所示，本專利技術提供的zno/pan納米纖維復合壓電材料在在連續工作1500多個周期后，zno/pan基peng仍然具有穩定的電信號輸出，且電信號不會發生明顯變化。
16、本專利技術提供了一種基于zno納米纖維復合材料的柔性壓電納米發電機，三明治結構依次包括pet絕緣層、銅金屬電極層、zno/pan納米纖維復合壓電材料層、銅金屬電極層和pet絕緣層；所述納米纖維復合壓電材料層的材料為上述技術方案所述的zno/pan納米纖維復合壓電材料。本專利技術提供的柔性壓電納米發電機可以有效地將機械能轉化為電能，當外部電阻為1.3mω時，zno/pan基peng的最大輸出功率約為6μw。在連續長時間工作后，仍然具有穩定的電輸出性能，其不但可以用作壓力傳感器識別走路和跑步兩種活動狀態，而且可以作為可穿戴電源驅動足底的加熱片，在醫療保健、個人熱管理和人類活動監測等領域顯示出巨大的潛力。
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1.一種ZnO/PAN納米纖維復合材料的制備方法，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的Zn(Ac)2/PAN紡絲液的制備方法，其特征在于，PAN溶液的濃度為18±0.5wt％，其中PAN與Zn(Ac)2的質量比為10:1，在50℃的條件下加熱攪拌9～10h。
3.根據權利要求1所述的Zn(Ac)2/PAN復合納米纖維膜的制備方法，其特征在于，靜電紡絲的電壓為22kV，紡絲液流速為0.5mL·h-1，紡絲距離為15cm，Zn(Ac)2/PAN復合納米纖維膜的厚度控制在約100±10μm左右。
4.根據權利要求1所述的ZnO種子層的制備方法，其特征在于，烘箱的熱處理溫度為130±5℃，熱處理時間為24h。
5.根據權利要求1所述的ZnO納米棒的制備方法，其特征在于，生長液由30mM的Zn(NO3)2·6H2O、體積比5％的NH3·H2O、10mM的HMTA和DI組成。水熱生長的溫度為90±5℃，水熱生長的時間為3h。
6.權利要求1～5任一項所述制備方法得到的ZnO/PAN納米纖維復合壓電材料。
7.根據權利
8.一種柔性壓電納米發電機，其特征在于，三明治結構依次包括PET絕緣層、金屬電極層、納米纖維復合壓電材料層、金屬電極層和PET絕緣層。
9.所述納米纖維復合壓電材料層的材料為權利要求6所述的ZnO/PAN納米纖維復合壓電材料。
10.權利要求8所述的柔性壓電納米發電機在醫療保健、個人熱管理和人類活動監測等領域的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種zno/pan納米纖維復合材料的制備方法，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的zn(ac)2/pan紡絲液的制備方法，其特征在于，pan溶液的濃度為18±0.5wt％，其中pan與zn(ac)2的質量比為10:1，在50℃的條件下加熱攪拌9～10h。
3.根據權利要求1所述的zn(ac)2/pan復合納米纖維膜的制備方法，其特征在于，靜電紡絲的電壓為22kv，紡絲液流速為0.5ml·h-1，紡絲距離為15cm，zn(ac)2/pan復合納米纖維膜的厚度控制在約100±10μm左右。
4.根據權利要求1所述的zno種子層的制備方法，其特征在于，烘箱的熱處理溫度為130±5℃，熱處理時間為24h。
5.根據權利要求1所述的zno納米棒的制備方法，其特征...
【專利技術屬性】
技術研發人員：裔士釗，孫緒，錢梓橙，王于娜，劉蓓蕾，茅榮峰，馬波，吳健，金琦月，
申請(專利權)人：鹽城工學院，
類型：發明
國別省市：
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