一种基于激光加热固膜的驻极体薄膜制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于激光加热固膜的驻极体薄膜制备方法，包括：将导电基材层固定于旋涂、喷涂或者刮涂设备上，并配置适当的驻极体纳米颗粒悬浮液；通过调整旋涂速度、喷涂速度或者刮涂厚度参数使得驻极体悬浮液均匀覆盖，然后对驻极体悬浮液的溶剂执行蒸发处理，由此在导电基材层上形成具备一定厚度的驻极体材料层；采用激光加热设备将激光照射到驻极体材料层表面上，由此利用激光照射产生的热量使得驻极体纳米颗粒融化并相互连接，由此制得驻极体薄膜产品。通过本发明专利技术，能够在柔性导电基底上加工出成膜性能优秀、不易开裂脱离的驻极体薄膜产品，而且不会对导电基材层造成损伤，同时具备便于操控、成本低廉和适于大批量规模生产等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光加热固膜的驻极体薄膜制备方法
本专利技术属于发电元器件制造相关领域，更具体地，涉及一种基于激光加热固膜的驻极体薄膜制备方法，所制得的驻极体产品成膜性能好、不易开裂脱落，而且不会对柔性导电基底造成损伤。
技术介绍
驻极体是指可长期储存空间电荷和偶极电荷的电介质材料，其能被用于制造静电电容发电机，在能源收集领域拥有广泛的应用。经典的现代驻极体通常为聚合物薄膜的形式，如聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙丙烯共聚物(FEP)和聚偏二氟乙烯(PVDF)等。为了用于制备静电电容发电机，驻极体薄膜必须在单个表面加工一层电极；对于此类驻极体元器件，现有技术中通常是通过磁控溅射或者真空热蒸发等镀膜技术在已经成型的驻极体薄膜上进行电极加工。然而，进一步的研究发现，这类现有加工技术不仅难于操控、成本高昂，而且在加工过程中产生的环境高温往往还可能对基底材料尤其是导电层造成损伤，并直接影响到驻极体薄膜在静电电容发电机上的性能和使用。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于激光加热固膜的驻极体薄膜制备方法，其中通过联合旋涂、喷涂或者刮涂成膜和激光加热固膜技术来执行驻极体薄膜的制备过程，并对其关键工艺参数进行研究和设计，相应能够在柔性导电基底上加工出成膜性能优秀、不易开裂脱离的驻极体薄膜产品，而且不会对导电基材层造成损伤，同时具备便于操控、成本低廉和适于大批量规模生产等特点。为实现上述目的，按照本专利技术，提供了一种基于激光加热固膜的驻极体薄膜制备方法，该驻极体薄膜用于静电电容发电机，并包括由柔性基底和导电层层叠而成的导电基材层，以及加工在该导电层表面上的驻极体材料层，其特征在于，该方法包括下列步骤：(a)将导电基材层固定于旋涂、喷涂或者刮涂设备上，并将驻极体纳米颗粒与水按照30～70：100的体积比配置成悬浮液，其中驻极体纳米颗粒的材料选自以下物质中的一种或者组合：聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚三氟氯乙烯、乙烯四氟乙烯共聚物和偏氟乙烯三氟乙烯共聚物；(b)通过调整旋涂速度、喷涂速度或者刮涂厚度使得驻极体悬浮液均匀覆盖在整个导电层表面上，然后在40℃～60℃的温度下对驻极体悬浮液的溶剂执行蒸发处理，由此在导电层表面上形成具备一定厚度的驻极体材料层，并且该驻极体材料层由驻极体纳米颗粒团聚而成；(c)采用激光加热设备将激光照射到步骤(b)所形成的驻极体材料层表面上，其中激光波长被设定为380纳米～4.2微米，激光功率密度被设定为2瓦/平方厘米～120瓦/平方厘米，扫描速度为2毫米/秒～600毫米/秒；以此方式，利用激光照射产生的热量使得驻极体纳米颗粒融化并相互连接，由此形成整块成膜、不易开裂脱落的驻极体薄膜且不会对导电基材层产生损伤。作为进一步优选地，所述柔性基底的材质选自以下物质中的一种或者组合：纸、聚乙烯、聚丙烯、聚乙丙烯共聚物、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二醇酯；所述导电层由金、银、铜、铝、碳、导电金属氧化物或者导电高分子化合物中的一种或者组合组成。作为进一步优选地，在步骤(b)中，所述旋涂速度被设定为500转/分钟至10000转/分钟之间，所述驻极体材料层的厚度为10微米至200微米之间。作为进一步优选地，在步骤(b)中，当采用喷涂操作时，所述的喷涂速度优选在10-100克/分钟，所述驻极体材料层的厚度为10微米至200微米之间。作为进一步优选地，在步骤(b)中，当采用刮涂操作时，调整刮涂厚度使得驻极体材料层的厚度为10微米至200微米之间。作为进一步优选地，在步骤(c)中，所述激光波长被设定为600纳米～1800纳米，激光功率密度被设定为20瓦/平方厘米～50瓦/平方厘米，扫描速度为30毫米/秒～200毫米/秒。作为进一步优选地，所述静电电容发电机优选为柔性静电电容发电机。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1、通过联合旋涂、喷涂或者刮涂成膜和激光加热固膜技术来执行驻极体薄膜的制备过程，与现有技术相比可以避免操控繁琐、成本高昂的磁控溅射或者真空热蒸发技术，而且激光加热固膜能够精确地控制加热的温度和位置，并使得驻极体纳米颗粒团能够很好地融化粘合在一起，而且不会对柔性导电基材层产生损伤；2、通过对上述工艺流程中的关键工艺参数如悬浮液的类型及配料比、蒸发温度和激光加工性能参数的研究和设计，测试表明可形成整块成膜性能优良的驻极体薄膜，其中驻极体材料层不易开裂脱落，能够很好地适用于静电电容发电机的用途；3、按照本专利技术的制备方法具备便于操控、低成本和低能耗等优点，并与现有技术相比能够显著提高驻极体薄膜的整体性能，使得成膜质量获得有效控制，便于大批量规模制造，因而尤其适用于静电电容发电机之类将机械能转换成电能的设备之应用。附图说明图1是按照本专利技术的基于激光加热固膜的驻极体薄膜制备方法的工艺流程图；图2是以旋涂为例来说明按照本专利技术的驻极体薄膜制备方法的工艺环境图；图3是用于示范性显示采用激光加热固膜技术的工艺流程图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-柔性导电基底2-待进一步加工的驻极体薄膜3-激光加热设备4-加工完成驻极体薄膜具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1是按照本专利技术的基于激光加热固膜的驻极体薄膜制备方法的工艺流程图。如图1中所示，该驻极体薄膜用于静电电容发电机的使用，并包括由柔性基底和导电层譬如层叠而成的导电基材层，以及加工在该导电层表面上的驻极体材料层，本专利技术的方法主要包括以下的操作步骤：首先，将上述导电基材层固定于旋涂、喷涂或者刮涂设备上，并将驻极体纳米颗粒与水按照30～70：100的体积比配置成悬浮液，其中驻极体纳米颗粒的材料选自以下物质中的一种或者组合：聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚三氟氯乙烯、乙烯四氟乙烯共聚物和偏氟乙烯三氟乙烯共聚物；接着，通过调整旋涂速度、喷涂速度或者刮涂厚度参数使得驻极体悬浮液均匀覆盖在整个导电层表面上，然后在40℃～60℃的温度下对驻极体悬浮液的溶剂执行蒸发处理，由此在导电层表面上形成具备一定厚度的驻极体材料层，并且该驻极体材料层由驻极体纳米颗粒团聚而成；接着，采用激光加热设备将激光照射到所形成的驻极体材料层表面上，其中作为关键加工性能参数，激光波长被设定为380纳米～4.2微米，激光功率密度被设定为2瓦/平方厘米～120瓦/平方厘米，扫描速度为2毫米/秒～600毫米/秒；以此方式，由于激光光斑自身的高能量集中性和可控性，能利用激光照射产生的热量使得驻极体纳米颗粒融化并相互连接，由此形成整块成膜、不易开裂脱落的驻极体薄膜，而且加热温度和位置能够精确加以控制，不会对导电基材层产生损伤。以下为本专利技术执行上述工艺方法的一些具体实施例，并以此来体现其中的一些关键工艺参数。实施例1按照每100升水添加30升聚四氟乙烯的配料比，将聚四氟乙烯纳米颗粒添加到水中配置获得悬浮液；并采用牛皮纸作为柔性基底、铜作为导电层来制得导电基材层；将上述导电基材层固定于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于激光加热固膜的驻极体薄膜制备方法，该驻极体薄膜用于静电电容发电机，并包括由柔性基底和导电层层叠而成的导电基材层，以及加工在该导电层表面上的驻极体材料层，其特征在于，该方法包括下列步骤：(a)将导电基材层固定于旋涂、喷涂或者刮涂设备上，并将驻极体纳米颗粒与水按照30～70：100的体积比配置成悬浮液，其中驻极体纳米颗粒的材料选自以下物质中的一种或者组合：聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚三氟氯乙烯、乙烯四氟乙烯共聚物和偏氟乙烯三氟乙烯共聚物；(b)通过调整旋涂速度、喷涂速度或者刮涂厚度参数使得驻极体悬浮液均匀覆盖在整个导电层表面上，然后在40℃～60℃的温度下对驻极体悬浮液的溶剂执行蒸发处理，由此在导电层表面上形成具备一定厚度的驻极体材料层，并且该驻极体材料层由驻极体纳米颗粒团聚而成；(c)采用激光加热设备将激光照射到步骤(b)所形成的驻极体材料层表面上，其中激光波长被设定为380纳米～4.2微米，激光功率密度被设定为2瓦/平方厘米～120瓦/平方厘米，扫描速度为2毫米/秒～600毫米/秒；以此方式，利用激光照射产生的热量使得驻极体纳米颗粒融化并相互连接，由此形成整块成膜、不易开裂脱落的驻极体薄膜且不会对导电基材层产生损伤。...

【技术特征摘要】
1.一种基于激光加热固膜的驻极体薄膜制备方法，该驻极体薄膜用于柔性静电电容发电机，并包括由柔性基底和导电层层叠而成的导电基材层，以及加工在所述导电层表面上的驻极体材料层，其特征在于，该方法包括下列步骤：(a)将导电基材层固定于旋涂、喷涂或者刮涂设备上，并将驻极体纳米颗粒与水按照30～70：100的体积比配置成悬浮液，其中驻极体纳米颗粒的材料选自以下物质中的一种或者组合：聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚三氟氯乙烯、乙烯四氟乙烯共聚物和偏氟乙烯三氟乙烯共聚物；(b)通过调整旋涂速度、喷涂速度或者刮涂厚度参数使得驻极体悬浮液均匀覆盖在整个导电层表面上，然后在40℃～60℃的温度下对驻极体悬浮液的溶剂执行蒸发处理，由此在导电层表面上形成具备一定厚度的驻极体材料层，并且该驻极体材料层由驻极体纳米颗粒团聚而成；(c)采用激光加热设备将激光照射到步骤(b)所形成的驻极体材料层表面上，其中激光波长被设定为380纳米～4.2微米，激光功率密度被设定为2瓦/平方厘米～120瓦/平方厘米，扫描速度为2毫米/秒～600毫米/秒；以此方式，利用激光照射产生的热量使得驻极体纳米颗粒融化并相互连接，由此形成整块成膜、不易开裂脱落的驻极体薄膜且不会对导电基材层产...

【专利技术属性】
技术研发人员：周军，钟俊文，钟其泽，吴楠，李文博，程晓峰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42