本发明专利技术公开了一种耐高温双功能纳米发电材料及其制备方法及应用，属于耐高温敏感材料开发领域；解决了传统高温压电传感器的柔性差、功能单一和含铅毒性等问题；本发明专利技术是将压电高聚物聚丙烯腈和无水醋酸盐在有机溶剂中充分混合进行预环化，再采用静电纺丝的方法制备柔性纳米纤维膜，并对复合纤维膜进行热处理，制备出纳米发电材料；本发明专利技术所述的纳米发电材料可在高于450℃环境下持续工作，具有热释电功能，对力和热具有双重敏感性，且具有良好的柔韧性。该制备方法简单、低成本、环境友好和电学输出性能优异，有望在极端的高温环境下，力和热敏感信号监测传感领域具有良好的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于耐高温敏感材料开发领域，具体涉及一种基于无水醋酸锌掺杂或者无水醋酸锌和多壁碳纳米管掺杂的耐高温压电/热释电双功能柔性纳米发电材料及其制备方法及应用。
技术介绍
1、在油井钻探、天然气、汽车工业、核电和航空航天等恶劣的测试环境，耐高温的敏感材料制得的器件具有广泛的应用。无机压电和热释电材料的多功能行为影响到诸多领域，但受到材料易碎、有毒等因素的影响，严重阻碍了其在柔性耐高温领域的发展，因此有机的高温柔性敏感材料具有极其重要的研究意义。
2、传统的高温压电传感器完全由高温压电陶瓷和高温压电单晶材料制作，都是刚性的，应力小、柔性差、含铅压电材料有毒、电学输出功率低等限制了其应用和稳定性，而平时的柔性压电材料其应用温度低。常用的聚合物压电材料主要有聚偏氟乙烯（pvdf）、聚丙烯腈(pan)等，但是pvdf工作温度范围限制了其在高温环境中的应用，而经过热处理的纯pan又很容易破裂。
技术实现思路
1、本专利技术克服了现有技术的不足，提出一种耐高温双功能纳米发电材料的制备方法。
2、为了达到上述目的，本专利技术是通过如下技术方案实现的：
3、一种耐高温双功能纳米发电材料的制备方法，包括以下步骤：
4、1）制备预环化前驱体溶液：将质量百分比10～15%的聚丙烯腈和质量百分比为1～5%的无水醋酸盐加入到n,n-二甲基甲酰胺中，先降至-3～5℃搅拌1～3h，再升温到60～80℃搅拌3～6h，得到聚丙烯腈-无水醋酸盐前驱体溶液；
>5、其中，低温搅拌是使得溶液更加稳定；升温搅拌是使得聚丙烯腈pan可以进行预环化。6、2）将前驱体溶液进行静电纺丝，得到纤维膜；
7、3）将纤维膜进行热处理得到所述的纳米发电材料，所述的热处理是以1～5℃/min的升温速率，加热纤维膜，每升温40-60℃之后保温20～60min，直至将纤维膜加热至200-550℃。
8、优选的，所述的n,n-二甲基甲酰胺中还混合有质量百分数为0.05%～0.1%的促环化材料。
9、更优的，所述的促环化材料为多壁碳纳米管或氧化石墨烯或木质素或银纳米颗粒或纤维素纳米晶。
10、更优的，所述的促环化材料与n,n-二甲基甲酰胺是经过超声分散6～12h进行混合。
11、优选的，无水醋酸盐为无水醋酸锌或无水醋酸锆或无水醋酸钾或无水醋酸钠。
12、优选的，静电纺丝的纺丝电压是16～25kv，不锈钢钢针为0.44mm，溶液流速为0.5～1ml/h，滚筒转速500～1200rpm，纺丝距离5～20cm。
13、优选的，步骤3）中每升温50℃保温20～60min。
14、优选的，将纤维膜加热的温度在260℃及以下时，在空气气氛中进行；当加热的温度高于260℃时，在保护气氛中进行。
15、优选的，步骤3）中是将纤维膜加热至260℃。
16、优选的，制备得到的纳米发电材料的封装包括金属电极和绝缘层。
17、所述制备方法得到的耐高温双功能纳米发电材料。
18、耐高温双功能纳米发电材料在机械能转化为电能，热能转化为电能的器件中的应用。
19、本专利技术相对于现有技术所产生的有益效果为：
20、1、无水醋酸锌是一种金属盐，掺杂后，其中内含的羧基（-cooh）可以减小pan链中分子间的作用力，形成π-π共轭，使得螺旋构象容易转变为平面锯齿形构象，有利于降低环化温度，使得压电性能和柔韧性有了极大提升。并且无水醋酸锌高温分解生成氧化锌，氧化锌是一种压电粒子，热处理环化与氧化锌的协同作用可以同时提高压电效应。
21、2、多壁碳纳米管的引入可以降低环化温度，通过对聚丙烯腈环化产生影响，可以提高其压电性能。
22、3、本专利技术除了具备传统高温压电材料的耐高温性能还极具柔韧性，并且具备压电/热释电双效应，在制备耐高温压电/热释电双功能纳米传感器方面具有很好的应用前景。
23、4、本专利技术所提出的耐高温压电/热释电双功能柔性纳米发电材料制备过程简单，柔韧性好，高温稳定工作，具有热释电效应，压电性能良好，在高温压电传感器、自供电微电子器件等领域具有广阔的应用前景。
24、5、本专利技术方法改善了以往高温压电材料的应变小、有毒、电学输出性能差等问题，具有在高温下持续工作，有热释电功能，对力和热具有双重敏感性，且具有良好的柔韧性等优点。本专利技术极大提升了聚合物电学输出性能和柔韧性，且具有压电/热释电双效应，是一种理想的高电学输出和耐高温的双功能柔性复合纳米材料。
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【技术保护点】
1.一种耐高温双功能纳米发电材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种耐高温双功能纳米发电材料的制备方法，其特征在于，所述的N,N-二甲基甲酰胺中还混合有质量百分数为0.05%～0.1%的促环化材料。
3.根据权利要求2所述的一种耐高温双功能纳米发电材料的制备方法，其特征在于，所述的促环化材料为多壁碳纳米管或氧化石墨烯或木质素或银纳米颗粒或纤维素纳米晶。
4.根据权利要求2所述的一种耐高温双功能纳米发电材料的制备方法，其特征在于，所述的促环化材料与N,N-二甲基甲酰胺是经过超声分散6～12h进行混合。
5.根据权利要求1所述的一种耐高温双功能纳米发电材料的制备方法，其特征在于，无水醋酸盐为无水醋酸锌或无水醋酸锆或无水醋酸钾或无水醋酸钠。
6.根据权利要求1所述的一种耐高温双功能纳米发电材料的制备方法，其特征在于，静电纺丝的纺丝电压是16～25KV，不锈钢钢针为0.44mm，溶液流速为0.5～1mL/h，滚筒转速500～1200rpm，纺丝距离5～20cm。
7.根据权利要求1所述的一种耐高温双功能纳米发电材料的制备方法，其特征在于，步骤3）中每升温50℃保温20～60min。
8.根据权利要求1所述的一种耐高温双功能纳米发电材料的制备方法，其特征在于，将纤维膜加热的温度在260℃及以下时，在空气气氛中进行；当加热的温度高于260℃时，在保护气氛中进行。
9.根据权利要求1-8任一项所述制备方法得到的耐高温双功能纳米发电材料。
10.根据权利要求9所述的耐高温双功能纳米发电材料在机械能转化为电能，热能转化为电能的器件中的应用。
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【技术特征摘要】
1.一种耐高温双功能纳米发电材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种耐高温双功能纳米发电材料的制备方法，其特征在于，所述的n,n-二甲基甲酰胺中还混合有质量百分数为0.05%～0.1%的促环化材料。
3.根据权利要求2所述的一种耐高温双功能纳米发电材料的制备方法，其特征在于，所述的促环化材料为多壁碳纳米管或氧化石墨烯或木质素或银纳米颗粒或纤维素纳米晶。
4.根据权利要求2所述的一种耐高温双功能纳米发电材料的制备方法，其特征在于，所述的促环化材料与n,n-二甲基甲酰胺是经过超声分散6～12h进行混合。
5.根据权利要求1所述的一种耐高温双功能纳米发电材料的制备方法，其特征在于，无水醋酸盐为无水醋酸锌或无水醋酸锆或无水醋酸钾或无水醋酸钠。
6.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：李银辉，殷荣艳，刘海江，梁建国，李玮栋，周赟磊，李朋伟，李廷鱼，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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