【技术实现步骤摘要】
本申请涉及摩擦纳米发电机，特别涉及一种超疏水雨滴摩擦纳米发电机、制备方法和自驱动系统应用。
技术介绍
1、智能温室大棚是智慧农业的重要组成部分。随着现代化农业生产模式的推广和物联网技术的飞速发展，温室规模迅速扩大。通过智能监测、管理控制等方式，温室能够保障农作物的生长环境，提高农作物的生产效率，从而不受季节影响获得高质量高产量的粮食满足全球日益增长的需求。智能温室需要大量的能源，来满足远程监测、无线传输、精准灌溉、按需施肥和安全维护等方面的需求，这导致了惊人的高能耗和高成本。目前风力发电和光伏发电等能源装置已被广泛集成，为现代温室提供动力。然而，这些装置并不总是适用。首先，智能温室通常占用有限的空间，而光伏发电和风力发电需要较大的空间和面积来安装相关装置，可能与智能温室的设计和布局相冲突。其次，太阳能和风能并不总是存在，尤其在热带雨林或海洋性气候地区，雨水丰沛，风速相对低。综合考虑气候特点和资源可利用性，在这些地区收集雨滴能量是一个更好的选择。
2、摩擦纳米发电机(tengs)具有重量轻、体积小、可靠性高、成本低等特点，被认为是有效的能量收集方法之一，尤其是在不规则、低频和低能量密度的能量收集方面具有独特的优势。收集雨滴能量的摩擦纳米发电机解决温室的能源问题在一些方面仍受限制，一是构造超疏水表面使水分子顺利与摩擦层接触分离，二是需要根据场景设计合适的器件实现高效能量收集。因此，亟待一种超疏水雨滴摩擦纳米发电机解决上述问题。
技术实现思路
1、鉴于此，本申请提供一种超疏水
2、具体而言，包括以下的技术方案：
3、第一方面，本申请提供一种超疏水雨滴摩擦纳米发电机，所述超疏水雨滴摩擦纳米发电机包括依次贴合设置的第一电极层、摩擦层、第二电极层、基底层和支撑体，所述第一电极层为铜箔，所述摩擦层为二氧化钛纳米棒修饰的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯氟化纳米纤维膜，所述第二电极层为ito柔性导电薄膜；
4、所述二氧化钛纳米棒修饰的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯氟化纳米纤维膜中二氧化钛纳米棒呈刚毛状包覆在聚偏二氟乙烯-六氟丙烯氟化纳米纤维上，所述聚偏二氟乙烯-六氟丙烯氟化纳米纤维的平均直径为390～420nm，所述摩擦层厚度为0.1～1.5mm；
5、所述第一电极层的尺寸小于所述摩擦层的尺寸，所述支撑体与所述基底层贴合面所在的平面与水平面的夹角为15°～60°。
6、在一些实施例中，所述第一电极层的个数为一个或多个；对于多个第一电极层，多个第一电极层间隔设置在所述摩擦层表面且多个第一电极层由导线导通。
7、在一些实施例中，所述基底层为玻璃、亚克力板或热固性塑料。
8、第二方面，本申请提供一种如第一方面所述的超疏水雨滴摩擦纳米发电机的制备方法，所述制备方法包括：
9、步骤1，将聚偏二氟乙烯-六氟丙烯溶解在丙酮、dmf的混合溶液中，配制聚偏二氟乙烯-六氟丙烯溶液；
10、步骤2，通过静电纺丝工艺制备聚偏二氟乙烯-六氟丙烯纳米纤维膜；
11、步骤3，通过二次水热反应制备二氧化钛纳米棒修饰的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯纳米纤维膜，具体为：在乙醇、乙酸、去离子水的混合溶液中加入钛酸四丁酯，制备二氧化钛溶胶-凝胶溶液；将二氧化钛溶胶-凝胶溶液和聚偏二氟乙烯-六氟丙烯纳米纤维膜进行水热反应，得到第一纤维膜；将钛酸四丁酯、去离子水和hcl的混合溶液与第一纤维膜进行水热反应，得到二氧化钛纳米棒修饰的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯纳米纤维膜；
12、步骤4，对二氧化钛纳米棒修饰的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯纳米纤维膜进行氟化处理，得到超疏水的二氧化钛纳米棒修饰的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯氟化纳米纤维膜，作为所述摩擦层；
13、步骤5，将所述第一电极层、所述摩擦层、所述第二电极层和所述基底层依次贴合在一起，得到超疏水雨滴摩擦纳米发电机。
14、在一些实施例中，在所述步骤2之后，还包括在聚偏二氟乙烯-六氟丙烯纳米纤维膜表面上涂覆一层pda。
15、在一些实施例中，步骤1中，丙酮和dmf的质量比为(0.8～1):(0.8～1)，聚偏二氟乙烯-六氟丙烯溶液的质量分数为12％～22％。
16、在一些实施例中，步骤2中静电纺丝的条件：纺丝针头的直径为0.6～0.8mm，纺丝静电压为15±2kv，微量注射泵的恒定推进速度为0.8±0.2ml/h，聚偏二氟乙烯-六氟丙烯溶液的体积为5ml，接收器距离针头15±2cm，环境湿度为40～50％rh，纺丝室内的温度为25±2℃，纺丝时间为8～10h。
17、在一些实施例中，步骤3中，乙醇、乙酸、去离子水和钛酸四丁酯的体积比为(145～150):(45～50):(0.8～1):(1.5～2)；
18、第一次水热反应的反应温度为90～100℃，反应时间为6～8h；
19、第二次水热反应中，钛酸四丁酯、去离子水和hcl的体积比为(0.8～1):(18～20):(18～20)，反应温度为110～120℃，反应时间为12～14h。
20、第三方面，本申请提供一种如第一方面所述的超疏水雨滴摩擦纳米发电机的自驱动系统应用，所述自驱动系统应用包括器件供电、金属骨架防腐和农药控释。
21、本申请实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：
22、(1)本申请中超疏水雨滴摩擦纳米发电机包括依次贴合设置的第一电极层、摩擦层、第二电极层、基底层和支撑体，摩擦层为二氧化钛纳米棒修饰的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯氟化纳米纤维膜，第一电极层的尺寸小于摩擦层的尺寸，该纤维膜中二氧化钛纳米棒呈刚毛状包覆在聚偏二氟乙烯-六氟丙烯氟化纳米纤维上。如此设置，当液滴依次与摩擦层、第一电极层接触并产生相对运动时，摩擦层表面和第二电极层的表面分别携带摩擦负电荷和感应正电荷，缩短电荷转移时间，提高超疏水雨滴摩擦纳米发电机的输出功率，通过与液滴接触分离起电，并产生静电感应，实现能量的快速收集与转换。
23、(2)呈刚毛状的二氧化钛和氟化的纳米纤维膜自身超疏水性可以使水分子之间的张力足以支撑其重量，超疏水性使摩擦层不被水分子浸润，从而使超疏水雨滴摩擦纳米发电机能够实现自驱动系统应用，包括器件供电、金属骨架防腐和农药控释。
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1.一种超疏水雨滴摩擦纳米发电机，其特征在于，所述超疏水雨滴摩擦纳米发电机包括依次贴合设置的第一电极层(1)、摩擦层(2)、第二电极层(3)、基底层(4)和支撑体(5)，所述第一电极层(1)为铜箔，所述摩擦层(2)为超疏水的二氧化钛纳米棒修饰的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯氟化纳米纤维膜，所述第二电极层(3)为ITO柔性导电薄膜；
2.根据权利要求1所述的超疏水雨滴摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第一电极层(1)的个数为一个或多个；对于多个第一电极层(1)多个第一电极层(1)间隔设置在所述摩擦层(2)表面且多个第一电极层(1)由导线导通。
3.根据权利要求1所述的超疏水雨滴摩擦纳米发电机，其特征在于，所述基底层(4)为玻璃、亚克力板或热固性塑料。
4.一种如权利要求1所述的超疏水雨滴摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
5.根据如权利要求4所述的超疏水雨滴摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，在所述步骤2之后，还包括在聚偏二氟乙烯-六氟丙烯纳米纤维膜表面上涂覆一层PDA。
6.根据如权利要求4所述的超疏水雨滴
7.根据如权利要求4所述的超疏水雨滴摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，步骤2中静电纺丝的条件：纺丝针头的直径为0.6～0.8mm，纺丝静电压为15±2kV，微量注射泵的恒定推进速度为0.8±0.2mL/h，聚偏二氟乙烯-六氟丙烯溶液的体积为5mL，接收器距离针头15±2cm，环境湿度为40～50％RH，纺丝室内的温度为25±2℃，纺丝时间为8～10h。
8.根据权利要求4所述的超疏水雨滴摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，步骤3中，乙醇、乙酸、去离子水和钛酸四丁酯的体积比为(145～150):(45～50):(0.8～1):(1.5～2)；
9.根据权利要求1所述的超疏水雨滴摩擦纳米发电机的自驱动系统应用，所述自驱动系统应用包括器件供电、金属骨架防腐和农药控释。
...【技术特征摘要】
1.一种超疏水雨滴摩擦纳米发电机，其特征在于，所述超疏水雨滴摩擦纳米发电机包括依次贴合设置的第一电极层(1)、摩擦层(2)、第二电极层(3)、基底层(4)和支撑体(5)，所述第一电极层(1)为铜箔，所述摩擦层(2)为超疏水的二氧化钛纳米棒修饰的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯氟化纳米纤维膜，所述第二电极层(3)为ito柔性导电薄膜；
2.根据权利要求1所述的超疏水雨滴摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第一电极层(1)的个数为一个或多个；对于多个第一电极层(1)多个第一电极层(1)间隔设置在所述摩擦层(2)表面且多个第一电极层(1)由导线导通。
3.根据权利要求1所述的超疏水雨滴摩擦纳米发电机，其特征在于，所述基底层(4)为玻璃、亚克力板或热固性塑料。
4.一种如权利要求1所述的超疏水雨滴摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
5.根据如权利要求4所述的超疏水雨滴摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，在所述步骤2之后，还包括在聚偏二氟乙烯-六氟丙烯纳米纤维膜表面上涂覆...
【专利技术属性】
技术研发人员：张冬至，周丽娜，张昊，张大磊，曹宁，刘建国，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：
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