PDMS复合纳米纤维薄膜及摩擦纳米发电机的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种PDMS复合纳米纤维薄膜及摩擦纳米发电机的制备方法，所述PDMS复合纳米纤维薄膜的制备方法包括如下步骤：配置PDMS前聚体溶液和聚偏二氟乙烯溶液，将上述两种溶液混合后，加入PDMS交联剂，搅拌均匀，除去溶液内部气泡，得到静电纺丝前驱体溶液；然后进行静电纺丝，得到静电纺丝PDMS复合纳米纤维膜；将静电纺丝PDMS复合纳米纤维膜置于50~80℃以进行交联固化；随后将纤维膜与接收基底剥离，从而获得PDMS复合纳米纤维膜。采用本发明专利技术的技术方案，通过静电纺丝制备得到PDMS复合纳米纤维膜，该纤维膜应用于单电极TENG中，具有自驱动传感的作用，且输出性能高，同时具有优异的防水与透气能力。防水与透气能力。防水与透气能力。

【技术实现步骤摘要】
PDMS复合纳米纤维薄膜及摩擦纳米发电机的制备方法


[0001]本专利技术涉及摩擦纳米发电
，具体涉及一种高摩擦电性能纤维薄膜及其摩擦纳米发电机的制备方法。

技术介绍

[0002]进入21世纪以来，可穿戴设备的轻便、小型化发展趋势对其供电方式提出了更高的需求。纤维基摩擦纳米发电机由于其柔性透气、穿戴舒适、可以实现自驱动传感等多方面优势，受到了广泛的研究。静电纺丝因其方式简单、成本较低的优点，是目前制备TENG用纤维薄膜的一种常用方法。静电纺丝常用有机物高分子溶液作为前驱体溶液，如PVDF、PVA等材料。作为一种摩擦电性能优异的材料，PDMS（聚二甲基硅氧烷）因其柔性、生物相容性好等原因，常被用来作为TENG（Triboelectric nanogenerator，摩擦纳米发电机）的摩擦层材料。但由于其前聚体分子量较小，且需要高温促进其交联固化反应，故目前难以采用静电纺丝法实现PDMS纳米纤维膜的制备。

技术实现思路

[0003]针对以上技术问题，本专利技术公开了一种高摩擦电性能纤维薄膜及其摩擦纳米发电机的制备方法，采用静电纺丝法制备PDMS复合纳米纤维膜并用作单电极TENG的摩擦层，可以实现自驱动传感。
[0004]对此，本专利技术采用的技术方案为：一种PDMS复合纳米纤维薄膜的制备方法，其包括如下步骤：步骤S1，配置PDMS前聚体溶液和聚偏二氟乙烯（PVDF）溶液，将上述两种溶液混合后，加入PDMS交联剂，搅拌均匀，除去溶液内部气泡，得到静电纺丝前驱体溶液；步骤S2，静电纺丝过程：将静电纺丝前驱体溶液进行静电纺丝，得到静电纺丝PDMS复合纳米纤维膜；步骤S3，纤维膜后处理：将步骤S2所得的静电纺丝PDMS复合纳米纤维膜置于50~80℃ 以进行进一步的交联固化；随后将纤维膜与接收基底剥离，从而获得PDMS复合纳米纤维膜。
[0005]采用此技术方案，静电纺丝前驱体溶液中含有PDMS和PVDF，其中PDMS借助于电负性较大的PVDF易纺纤维前驱体，有利于实现PDMS的纤维化，得到的该薄膜纳米纤维之间相互连接牢固，耐用性良好；摩擦电性能优异，单位面积输出功率可达0.46 W/m2，同时具有优异的防水与透气能力。
[0006]作为本专利技术的进一步改进，步骤S1中，以乙酸乙酯为溶剂，配制质量分数为30%~50%的PDMS前聚体溶液。
[0007]作为本专利技术的进一步改进，步骤S1中，以二甲基甲酰胺（DMF）为溶剂，配制质量分数为10%~15%的PVDF溶液。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，步骤S1中，所述聚偏二氟乙烯溶液中的PVDF的分子量
为500,000~1, 000, 000。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述PDMS交联剂的添加量为PDMS前聚体质量的10%。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述PDMS交联剂采用PDMS B胶。进一步优选的，所述PDMS交联剂的型号为Dow Corning 184。作为本专利技术的进一步改进，步骤S1中，所述静电纺丝前驱体溶液中，PDMS与PVDF的质量比为1:3~2:1。进一步的，所述静电纺丝前驱体溶液中，PDMS与PVDF的质量比为1:（1~3）。进一步优选的，所述静电纺丝前驱体溶液中，PDMS与PVDF的质量比为1:1。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，步骤S1中，搅拌在30
‑
60℃下进行；采用离心除去溶液内部气泡，转速为500~1500 r/min，时间为3~5 min。采用此技术方案，可以更好的保证溶液澄清透明。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，步骤S2中，以注射器抽取静电纺丝前驱体溶液，并将注射器针头与静高压的正极相连，接收基底与负极相连；调节电纺电压与注射器推注速度，直至注射器前端有稳定的“泰勒锥”形成，从而合成纤维膜。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述电纺电压为6~16 kV，注射器推注速度为0.06~0.08 mm/min。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，接收基底为铝箔或离型纸。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，步骤S3中，交联固化的时间为3
‑
6 h。
[0016]本专利技术还公开了一种PDMS复合纳米纤维薄膜，其采用如上任意一项所述的PDMS复合纳米纤维薄膜的制备方法制备得到。
[0017]本专利技术还公开了一种摩擦纳米发电机的制备方法，其包括：将如上所述的PDMS复合纳米纤维薄膜贴附于导电纤维上，得到单电极摩擦纳米发电机。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，所述导电纤维为铜镍合金网。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：第一，由于PDMS尚难以纳米纤维化，本专利技术的技术方案采用将PDMS前聚体溶液和聚偏二氟乙烯溶液混合后制备静电纺丝前驱体溶液，成功通过静电纺丝制备得到PDMS复合纳米纤维膜，该纤维膜应用于单电极TENG中，实现了自驱动传感的作用，且输出性能高，同时具有优异的防水与透气能力，耐用性强，满足可穿戴应用的需求。
[0020]第二，采用本专利技术的技术方案，由于PDMS在形成纳米纤维后发生交联固化，因此纳米纤维之间结合紧密，形成了稳定的物理交联点。在作为自驱动传感器的应用过程中，纤维之间互相不易互相脱落，在承受多次按压循环后，其摩擦电性能仍旧保持不变，为可穿戴自驱动传感器的应用提供了新思路。
附图说明
[0021]图1是本专利技术实施例制备得到的PDMS复合纳米纤维膜的EDS图。
[0022]图2是本专利技术实施例制备得到的PDMS复合纳米纤维膜的XRD图。
[0023]图3是本专利技术实施例制备得到的PDMS复合纳米纤维膜单电极TENG的实物图。
[0024]图4是本专利技术实施例制备得到的不同PDMS和PVDF的质量比的PDMS复合纳米纤维膜TENG的断路电压图。
[0025]图5是本专利技术实施例制备得到的PDMS复合纳米纤维膜TENG的输出功率图。
[0026]图6是本专利技术实施例制备得到的PDMS复合纳米纤维膜TENG作为自驱动传感器的检测结果图，其中（a）为检测大臂摆动的摩擦电信号；（b）为检测胳膊肘弯曲的摩擦电信号。
具体实施方式
[0027]下面对本专利技术的较优的实施例作进一步的详细说明。
[0028]实施例1（1）配制静电纺丝前驱体溶液：称取分子量为53.4万的PVDF粉末1.5 g溶解于8.5 g DMF中，在40℃温度下搅拌4 h。称取PDMS前聚体1.5 g配制质量分数为30%的PDMS/乙酸乙酯溶液，在40℃温度下搅拌1 h。将两溶液混合后，添加0.15 g PDMS交联剂，继续在40℃温度下搅拌3 h。搅拌结束后，放置离心机内，调节转速为1000 r/min，持续3 min，以除去溶液中的微小气泡。其中，所述PDMS交联剂为PDMS B 胶，进一步优选的，所述PDMS交联剂为Dow Corning 184。
[0029]（2）静电纺丝：以5.0 ml注射器抽取适量上述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PDMS复合纳米纤维薄膜的制备方法，其特征在于：其包括如下步骤：步骤S1，配置PDMS前聚体溶液和聚偏二氟乙烯溶液，将上述两种溶液混合后，加入PDMS交联剂，搅拌均匀，除去溶液内部气泡，得到静电纺丝前驱体溶液；步骤S2，将静电纺丝前驱体溶液进行静电纺丝，得到静电纺丝PDMS复合纳米纤维膜；步骤S3，将步骤S2所得的静电纺丝PDMS复合纳米纤维膜置于50~80 ℃ 以进行进一步的交联固化；随后将纤维膜与接收基底剥离，从而获得PDMS复合纳米纤维膜。2.根据权利要求1所述的PDMS复合纳米纤维薄膜的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述静电纺丝前驱体溶液中，PDMS前聚体溶液质量浓度为30%~50%， PVDF溶液质量浓度为10%~15%，PDMS与PVDF的质量比为1:3~2:1。3. 根据权利要求2所述的PDMS复合纳米纤维薄膜的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述PDMS前聚体溶液中的溶剂为乙酸乙酯；所述PVDF溶液的溶剂为二甲基甲酰胺，PVDF的分子量为500, 000~1, 000, 000；所述PDMS交联剂添加量为PDMS前聚体质量的10%。4. 根据权利要求3所述的PDMS复合纳米纤维薄膜的制备方法，其特征在于：步骤S1中，采用离心除去溶液内部气泡，转速为500...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪桂根，张肖楠，孙娜，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：