【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及摩擦纳米发电机，特别涉及一种高性能竹纤维特种纸基摩擦纳米发电机及其制备方法。
技术介绍
1、据最新统计数据显示，我国竹林面积达701万公顷，是世界上竹资源最丰富的国家，竹类资源、面积、蓄积量均居世界第一，是名副其实的“竹子王国”。竹纤维的利用是竹材利用最重要的方式之一，但目前竹纤维的利用方式十分有限，局限于传统的人造板与纸浆造纸等行业。因此，鉴于竹纤维的巨大生物蓄积量和有限的开发利用现状，新型的竹纤维利用方式亟需被研发。
2、近年来，将纤维素纸为基础制备纤维素纸基摩擦纳米发电机(teng)成为了生物材料teng领域的热门话题。teng是一种能够将周围环境能量的机械运动转为电能的新型自供电设备，其具有输出电压高、功率密度大、能量转换效率高、环境友好以及制造成本低等优势。然而，当传统的纤维素纸直接用作正摩擦层时，纤维素相对弱的给电子能力使得纸基teng难以实现高电压输出性能。最常见提高纤维素给电子能力的办法是对纤维素进行化学改性，从而引入具有高摩擦极性的功能基团，如甲基以及胺/氨基等。然而，这种化学改性过程通常涉及复杂的化学反应和高毒性有机溶剂使用，使得大规模生产变得困难。
技术实现思路
1、本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种高性能竹纤维特种纸基摩擦纳米发电机及其制备方法，本专利技术利用竹纤维纸张多孔结构优势以及结合高效原位聚合策略，原位合成具有强给电子能力的可回收热固性高分子—聚氨酯类玻璃高分子(phuvitrimer)，从而赋予竹纤
2、本专利技术采用的技术方案如下：一种高性能竹纤维特种纸基摩擦纳米发电机的制备方法，所述摩擦纳米发电机是以竹纤维纸张作为纤维素基材，在竹纤维纸张中原位合成phuvitrimer，得到竹纤维特种纸，将竹纤维特种纸与摩擦电负性材料背面印刷导电材料，然后接入导线组装形成。
3、进一步，所述竹纤维特种纸的厚度为0.1-0.2mm，例如可以为0.1mm、0.15mm、0.2mm等，其厚度不宜过薄或过厚，过薄则力学性能较差，难以满足使用环境；过厚则输出功率较低，不利于摩擦发电应用领域的拓展。
4、进一步，竹纤维的长度在1-2mm为宜，直径在20-50μm比较合适。
5、进一步，摩擦电负性材料为一种高分子聚合物薄膜，其材料选自聚四氟乙烯(ptfe)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、橡胶中的一种。
6、进一步，所述导电材料为导电铜浆。
7、进一步，印刷方式为丝网印刷。
8、进一步，所述竹纤维特种纸的制备方法包括如下步骤：
9、a、将竹纤维放入去离子水中，超声分散均匀，得到竹纤维分散液，将竹纤维分散液倒入纸张页抄片机中抽滤成纸，然后将纸张置于干燥器中热压干燥成型，得到竹纤维纸张；
10、b、将双(六元环)碳酸酯(bcc)和聚乙烯亚胺(pei)按比例混合溶解于溶剂(例如可以是二氯甲烷)中，得到混合溶液，将混合溶液均匀滴加至竹纤维纸张上，待溶剂挥发后，将竹纤维纸张置于烘箱中，于90-100℃下加热固化10-12h，即得。
11、进一步，在步骤a中，竹纤维分散液中竹纤维的质量浓度为0.1-0.2g/ml，例如可以为0.1g/ml、0.12g/ml、0.15g/ml、0.2g/ml等。
12、进一步，在步骤a中，热压的压力为0.4-0.8mpa(例如可以为0.4mpa、0.5mpa、0.6mpa、0.8mpa等)，热压温度为90-110℃，例如可以为90℃、100℃、105℃、110℃等。
13、进一步，在步骤b中，双(六元环)碳酸酯和聚乙烯亚胺的摩尔比为0.5-1.5:1，例如可以是0.5:1、0.8:1、1:1、1.5:1等，双(六元环)碳酸酯和聚乙烯亚胺的摩尔比不宜过小或过大，过小则所形成网络交联密度较低，影响竹纤维特种力学性能的提升；过大则网络结构中给电子基团较少，不利于提升摩擦发电器件的输出功率。
14、综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
15、1、本专利技术在不对竹纤维进行复杂化学改性的前提下，利用竹纤维多孔结构优势以及结合高效原位聚合策略，在竹纤维孔道中原位合成具有给电子能力强的可回收热固性高分子—phu vitrimer，从而赋予竹纤维纸张强给电子能力，实现了竹纤维纸张代替传统高分子基摩擦电正性材料的目的；
16、2、本专利技术的摩擦纳米发电机开路电压最高可达110v，短路电流最高可达4μa，发电性能优异；
17、3、本专利技术的竹纤维特种纸基摩擦纳米发电机不仅具有较好的电输出性能，而且制备过程简单高效，可实现大面积工业化生产，这不仅为竹纤维的高值化利用奠定了基础，而且也为纤维素基摩擦纳米发电机的制备提供了新的思路。
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1.一种高性能竹纤维特种纸基摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，所述摩擦纳米发电机是以竹纤维纸张作为纤维素基材，在竹纤维纸张中原位合成聚羟基聚氨酯类玻璃高分子，得到竹纤维特种纸，将竹纤维特种纸与摩擦电负性材料背面印刷导电材料，然后接入导线组装形成。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述竹纤维特种纸的厚度为0.1-0.2mm。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，摩擦电负性材料选自聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、橡胶中的一种。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述导电材料为导电铜浆。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，印刷方式为丝网印刷。
6.如权利要求1-5任一所述的制备方法，其特征在于，所述竹纤维特种纸的制备方法包括如下步骤：
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤A中，竹纤维分散液中竹纤维的质量浓度为0.1-0.2g/mL。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在步骤A中，热压的压力为0.4-0.8MPa，热压温度为90-110
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在步骤B中，双(六元环)碳酸酯和聚乙烯亚胺的摩尔比为0.5-1.5:1。
10.一种高性能竹纤维特种纸基摩擦纳米发电机，其特征在于，所述摩擦纳米发电机由上述权利要求1-9任一所述的制备方法制备得到。
...【技术特征摘要】
1.一种高性能竹纤维特种纸基摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，所述摩擦纳米发电机是以竹纤维纸张作为纤维素基材，在竹纤维纸张中原位合成聚羟基聚氨酯类玻璃高分子，得到竹纤维特种纸，将竹纤维特种纸与摩擦电负性材料背面印刷导电材料，然后接入导线组装形成。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述竹纤维特种纸的厚度为0.1-0.2mm。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，摩擦电负性材料选自聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、橡胶中的一种。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述导电材料为导电铜浆。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，印刷方式为丝网印刷...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯子昊，高海川，李文俊，张如强，朱家添，
申请(专利权)人：四川轻化工大学，
类型：发明
国别省市：
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