【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于摩擦纳米发电机制备，具体涉及一种适用于多基底印刷的超薄柔性摩擦纳米发电机及其制备方法。
技术介绍
1、随着科学技术的发展，可穿戴电子设备、生物医学监测设备、无线传感器网络等智能电子产品领域蓬勃发展，同时对供能问题提出了新的挑战。摩擦纳米发电机(tengs)作为一种新型的能量收集装置，可以通过摩擦起电和静电感应两种效应的耦合将易被忽视的机械能转化为电能，凭借较低的生产成本、较高的能量转化效率、丰富的结构多样性和广泛的材料选择性等诸多优点引起广泛关注。
2、近些年来，液态金属镓铟合金因其低接触电阻、高导电性、可变性和高稳定性等特点，可以为teng提供更好的电极接触，降低摩擦过程中的能量损耗，保持稳定的电输出特性，成为了teng电极材料的首选。然而，目前基于液态金属电极的teng制备为了避免暴露在空气中的液态金属发生氧化，大都采用微通道注入并封装的形式，但封装会不可避免的导致制备工艺复杂、输出特性不佳、厚度增加等问题，不利于柔性可穿戴智能传感的应用。
3、cn106992707a公开了“基于液态金属电极的可拉伸摩擦纳米发电机”，该方法通过将原始的液态金属注入密封的有机硅橡胶腔体中，制成单电极模式的摩擦纳米发电机。该方法操作过程相对简单，有效避免了氧化层的形成，但腔体形式的三维结构增加了器件的厚度限制了体积，导致应用场景受到限制。cn115265851a公开了“一种基于摩擦纳米发电机的液态电极柔性海绵体传感器及其制备方法”，该方法中利用柔性海绵体为基体，在内部空隙填充液态金属与铁粉颗粒混合液体，并利
4、综上所述，液态金属用作teng电极依赖微通道注入并腔体包覆的形式，会导致制备工艺复杂、器件厚度增加、影响输出特性等问题，难以用于柔性智能传感。因此，有必要对液态金属进行再处理，设计一种能够在多种基底上印刷的高性能、低成本的柔性超薄摩擦纳米发电机。
技术实现思路
1、考虑到现有技术的不足，本专利技术所要解决的问题是，提供一种适用于多基底印刷的超薄柔性摩擦纳米发电机及其制备方法。
2、本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案如下：
3、一种适用于多基底印刷的超薄柔性摩擦纳米发电机，所述摩擦纳米发电机为单电极模式，从上到下依次包括正摩擦电层、负摩擦电层、物理氧化处理的液态金属镓铟合金电极、柔性基底；所述正摩擦电层采用尼龙，所述的负摩擦电层采用ecoflex硅橡胶薄膜，其中，尼龙织物位于摩擦电序列第二位，具有良好的摩擦正电性，此外，较高的耐磨保证了使用寿命，且成本低、容易获得；ecoflex硅橡胶优异的柔韧性和良好的负摩擦电性，以及其与本专利技术中电极的接触有利于该摩擦纳米发电机性能的提高；所述物理氧化处理的液态金属镓铟合金电极是将物理氧化处理的液态金属镓铟合金涂料通过模板印刷法刮涂在柔性基底上形成电极，液态金属的低电阻、高导电性和可变形性能够有效降低接触分离过程中的能力损耗，提高发电效率。
4、上述发电机的制备方法包括以下步骤：
5、按照体积比为1:1的比例混合ecoflex的a、b溶液并进行磁力搅拌，将混合后的溶液均匀涂覆在基板上并放置在真空干燥箱中抽真空处理以去除气泡，加热固化后从基板上剥离，得到ecoflex硅橡胶薄膜；
6、将液态金属镓铟合金与无水乙醇混合后进行超声粉碎形成均匀的导电油墨，并用喷枪喷涂在硅片上在空气氛围下氧化烘干，这样处理是通过超声振动的方法将原始液态金属打散，随后喷在硅片上，以增强液态金属与空气的接触，加速其氧化过程，氧化烘干形成固液共存的氧化层薄膜，多次喷涂烘干后，用刮刀从硅片上剥离，得到物理氧化处理的液态金属涂料；
7、将物理氧化处理的液态金属涂料通过模板印刷法刮涂在柔性基底上形成电极；
8、将ecoflex硅橡胶薄膜作为负摩擦电层粘附在所制得的电极上；
9、将尼龙织物nylon 66用无水乙醇清洗并烘干，保持表面清洁；将所述尼龙织物作为正摩擦电层，得到摩擦纳米发电机。
10、上述技术方案中，进一步地，所述的液态金属镓铟合金与无水乙醇的比例为90mg:1ml；所述的液态金属镓铟合金中镓和铟的质量分数为75.5％、24.5％。
11、进一步地，所述的氧化烘干是将带有液态金属液滴的硅片鼓风干燥箱中加热烘干，烘干温度为85℃，时间为90s。
12、基于此，本专利技术还提供一种基于折纸的柔性摩擦纳米发电机，其制备方法包括：
13、取一条带状柔性基底在其正反两侧同时粘附上尼龙织物作为正摩擦电层；
14、另取一条带状柔性基底，在其一侧将物理氧化处理的液态金属镓铟合金涂料通过模板印刷法刮涂于表面上形成电极，并粘附ecoflex硅橡胶薄膜作负摩擦电层；
15、将上述的两条带相互垂直放置，负摩擦电层条带一端压在正摩擦电层条带的一端上，先折叠正摩擦电层条带使其压在负摩擦电层条带上，接着再折叠负摩擦电层条带压在正摩擦电层条带上，随后再次折叠正摩擦电层条带压在负摩擦电层条带上，重复多次折叠直至达到所需层数，得到基于折纸的柔性摩擦纳米发电机。
16、本专利技术中所述的柔性基底可以为塑料、织物、橡胶、植物、自愈合聚合物、纸等。尤其是，当所述的柔性基底采用自愈合聚合物，如：将叔丁基吡啶嫁接到溴化丁基橡胶上得到的自愈合聚合物，其聚合物基底的耐酸碱性使所得到的tneg也具备了耐酸碱能力，可以形成一种耐酸碱的摩擦纳米发电机。
17、与现有技术相比，本专利技术有益效果在于：
18、1)本专利技术中一种适用于多基底印刷的超薄柔性摩擦纳米发电机制备方法，区别于传统摩擦纳米发电机中液态金属注入微通道并进行腔体包覆的结构形式，对液态金属镓铟合金进行了物理氧化处理，使液态金属从液相态转变为固液共存态，降低了表面张力，增强了表面粘附力，为柔性基底印刷提供了方便，简化了制备流程，有效解决了液态金属电极teng的空间局限性问题。
19、2)本专利技术中适用于多基底印刷的超薄柔性摩擦纳米发电机选择具有良好柔韧性和摩擦负电性的硅橡胶ecoflex作为负摩擦电层，能够与多种柔性基底紧密贴附，增强稳定性。经物理氧化处理的液态金属镓铟合金中的固相颗粒可以增大ecoflex薄膜与电极层之间的接触面积，提供更大摩擦阻力，提升电输出特性。此外通过模板大小和形状的设计，可以实现teng的图案化、批量化制备。
20、3)本专利技术中制备的适用于多基底印刷的超薄柔性摩擦纳米发电机，通过印刷在不同柔性基底上的优异电输出特性证明了该方法制备的摩擦纳米发电机广泛的基底适应性。将origami工艺用于teng的制作，在保证电输出特性的同时本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用于多基底印刷的超薄柔性摩擦纳米发电机，其特征在于，所述摩擦纳米发电机为单电极模式，从上到下依次包括正摩擦电层、负摩擦电层、物理氧化处理的液态金属镓铟合金电极、柔性基底；所述正摩擦电层采用尼龙，所述的负摩擦电层采用Ecoflex硅橡胶薄膜，所述物理氧化处理的液态金属镓铟合金电极是将物理氧化处理的液态金属镓铟合金涂料通过模板印刷法刮涂在柔性基底上形成电极。
2.制备权利要求1所述的适用于多基底印刷的超薄柔性摩擦纳米发电机的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的适用于多基底印刷的超薄柔性摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，所述的液态金属镓铟合金与无水乙醇的比例为90mg:1ml；所述的液态金属镓铟合金中镓和铟的质量分数为75.5％、24.5％。
4.根据权利要求2所述的适用于多基底印刷的超薄柔性摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，所述的氧化烘干是将带有液态金属液滴的硅片鼓风干燥箱中加热烘干，烘干温度为85℃，时间为90s。
5.一种基于折纸的柔性摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，包括：>
6.一种基于折纸的柔性摩擦纳米发电机，其特征在于，采用如权利要求5所述的方法制得。
7.根据权利要求5所述的方法或权利要求6所述的基于折纸的柔性摩擦纳米发电机，其特征在于，所述的柔性基底采用纸。
8.根据权利要求5所述的方法或权利要求6所述的基于折纸的柔性摩擦纳米发电机，其特征在于，所述的柔性基底采用自愈合聚合物。
...【技术特征摘要】
1.一种适用于多基底印刷的超薄柔性摩擦纳米发电机，其特征在于，所述摩擦纳米发电机为单电极模式，从上到下依次包括正摩擦电层、负摩擦电层、物理氧化处理的液态金属镓铟合金电极、柔性基底；所述正摩擦电层采用尼龙，所述的负摩擦电层采用ecoflex硅橡胶薄膜，所述物理氧化处理的液态金属镓铟合金电极是将物理氧化处理的液态金属镓铟合金涂料通过模板印刷法刮涂在柔性基底上形成电极。
2.制备权利要求1所述的适用于多基底印刷的超薄柔性摩擦纳米发电机的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的适用于多基底印刷的超薄柔性摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，所述的液态金属镓铟合金与无水乙醇的比例为90mg:1ml；所述的液态金属镓铟合金中镓...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨丽，郭兰刚，王子涵，蒋晓琦，王雅，赵泽尚，辛明阳，杜帅杰，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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