【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微纳发电机及其制法，具体为一种液滴摩擦纳米发电机及其制备方法。
技术介绍
1、单液滴摩擦纳米发电机(ld-tengs)作为一种新兴的能量收集技术，因其低成本、高效率和可持续性，受到了广泛关注。该技术利用液滴与材料表面之间的摩擦相互作用，将机械能转化为电能，为微型电子设备、可穿戴设备和智能传感器提供能源。然而，尽管ld-tengs在干燥环境下表现出显著的电压输出，但其在湿润环境中的性能却面临多重挑战，尤其是电荷快速耗散和输出电压的显著降低，这在高湿度或液体环境下尤为显著。湿气的存在往往会导致摩擦表面发生电荷泄漏和电荷转移，降低纳米发电机的电荷存储效率，从而限制其性能。这种电荷耗散现象是制约单液滴摩擦纳米发电机性能的关键因素之一。湿气或水分对摩擦电效应的影响明显，导致电压输出的不稳定，进一步限制了其在实际应用中的可靠性和有效性。
2、为应对上述问题，研究者们提出了多种改进策略。例如，物理封装方法有效地防止湿气侵入，从而保护摩擦纳米发电机的内部结构和电荷并延长其使用寿命。然而，封装材料的增加可能导致摩擦纳米发电机体积和重量的增加，从而影响其灵活性和应用范围。另一种水辅助方法利用水与聚合物摩擦电材料的相互作用来提高表面电荷密度，减缓因湿气引起的电荷耗散问题，但这一方法可能无法提供足够的机械强度，以满足摩擦纳米发电机在坚固性和耐磨性方面的需求。
3、近年来，超疏水摩擦电材料因其独特的疏水性能、出色的防潮能力以及优异的电性能，在先进摩擦电材料领域展现出无可比拟的优势。超疏水材料的主要构建策略包括分子设计
技术实现思路
1、专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术目的是提供一种高性能、耐高湿的液滴摩擦纳米发电机的制备方法，本专利技术的另一目的是提供一种机械耐久性、耐酸碱腐蚀性好的液滴摩擦纳米发电机。
2、技术方案：本专利技术所述的一种液滴摩擦纳米发电机的制备方法，包括以下步骤：
3、步骤一，将pdms与固化剂混合，配置pdms溶液；将ptfe颗粒与乙醇混合，超声分散，得到ptfe悬浊液；
4、步骤二，将batio3(bto)颗粒与pdms溶液混合，超声分散，得到混合物；
5、步骤三，将混合物刮涂在基底表面，抽真空，干燥预固化；
6、步骤四，将ptfe悬浊液喷涂在步骤三所得物表面，干燥固化成型，在基底表面形成涂层；
7、步骤五，在步骤四所得物表面中间位置布置顶部电极，得到液滴摩擦纳米发电机。
8、进一步地，步骤一中，固化剂为邻苯二甲酸二丁酯、二月桂酸二丁基锡中的任意一种，pdms与固化剂的质量比为8～12:1。ptfe颗粒直径为2～10μm，优选为3μm，ptfe颗粒在悬浊液中的质量分数为5～20wt％。
9、进一步地，步骤二中，batio3颗粒的平均粒径为50～500nm，优选为100nm，介电常数为120，混合物中的batio3颗粒的质量分数为10～25wt％，优选为20wt％。
10、进一步地，超声分散的温度为10～30℃，频率为20～60khz，功率为60～120w。
11、进一步地，步骤三中，基底为pet薄膜、pvc薄膜或ito导电薄膜中的一种。抽真空后压力为0.04～0.08mpa，干燥预固化的温度为55～65℃，时间为10～15min。
12、进一步地，步骤四中，干燥固化成型的温度为55～65℃，时间为2h～4h，涂层的厚度为150～300μm。喷涂体积为2ml以上。
13、进一步地，步骤五中，顶部电极为导电铜线、导电银线、镀锡铜线中的任意一种，直径为0.8～1.2mm，长度为10～30mm。
14、本专利技术所述的一种液滴摩擦纳米发电机的制备方法所得液滴摩擦纳米发电机，包括基底，基底表面设置涂层，涂层表面布置顶部电极；涂层由batio3、pdms和ptfe制成。
15、制备原理：通过在pdms中掺杂高介电常数材料batio3，可以有效增强电荷极化，提升摩擦电荷存储能力，减少电荷耗散。同时，表面喷涂的强电负性材料ptfe，增加电荷接触位点，从而优化摩擦电荷转移过程，产生更多的摩擦电荷，在电荷存储增强与电荷转移优化的协同作用下，实现了teng输出性能增强，如图1。同时，预固化时喷涂的ptfe颗粒牢固镶嵌在摩擦电材料表面，形成了均匀的微纳结构，赋予其稳定的超疏水、低黏附特性，能够在高湿环境下有效防止空气中水分导致的表面电荷耗散，避免摩擦纳米发电机输出性能降低。
16、有益效果：本专利技术和现有技术相比，具有如下显著性特点：
17、1、通过掺杂batio3和喷涂ptfe，制备了具有优异发电效果的液滴摩擦纳米发电机，单个液滴产生的开路电压和输出电荷分别达到230v和315nc；
18、2、喷涂在表面的ptfe颗粒赋予了摩擦电材料超疏水、低黏附特性，使得液滴摩擦纳米发电机表现出优异的耐湿性，在90％rh的高湿环境中仍保留90％的初始电输出，开路电压和输出电荷高达207v和285nc；
19、3、通过预固化喷涂制备的超疏水表面具有优异的机械耐久性和耐酸碱腐蚀性，经过砂纸磨损、划格和酸碱腐蚀后，仍有良好的超疏水性，这也使得液滴摩擦纳米发电机在遭到上述破坏后耐湿性仍未明显退化。
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1.一种液滴摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种液滴摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，固化剂为邻苯二甲酸二丁酯、二月桂酸二丁基锡中的任意一种，所述PDMS与固化剂的质量比为8～12:1。
3.根据权利要求1所述的一种液滴摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，PTFE颗粒直径为2～10μm，PTFE颗粒在悬浊液中的质量分数为5～20wt％。
4.根据权利要求1所述的一种液滴摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，BaTiO3颗粒的平均粒径为50～500nm，混合物中的BaTiO3颗粒的质量分数为10～25wt％。
5.根据权利要求1所述的一种液滴摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于：所述超声分散的温度为10～30℃，频率为20～60kHz，功率为60～120W。
6.根据权利要求1所述的一种液滴摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，基底(1)为PET薄膜、PVC薄膜或ITO导电薄膜中的一种。
7.根据权利要求
8.根据权利要求1所述的一种液滴摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于：所述步骤四中，干燥固化成型的温度为55～65℃，时间为2h～4h，涂层(2)的厚度为150～300μm。
9.根据权利要求1所述的一种液滴摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于：所述步骤五中，顶部电极(3)为导电铜线、导电银线、镀锡铜线中的任意一种，直径为0.8～1.2mm，长度为10～30mm。
10.一种根据权利要求1～9任一项所述的液滴摩擦纳米发电机的制备方法所得液滴摩擦纳米发电机，其特征在于：包括基底(1)，所述基底(1)表面设置涂层(2)，所述涂层(2)表面布置顶部电极(3)；所述涂层(2)由BaTiO3、PDMS和PTFE制成。
...【技术特征摘要】
1.一种液滴摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种液滴摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，固化剂为邻苯二甲酸二丁酯、二月桂酸二丁基锡中的任意一种，所述pdms与固化剂的质量比为8～12:1。
3.根据权利要求1所述的一种液滴摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，ptfe颗粒直径为2～10μm，ptfe颗粒在悬浊液中的质量分数为5～20wt％。
4.根据权利要求1所述的一种液滴摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，batio3颗粒的平均粒径为50～500nm，混合物中的batio3颗粒的质量分数为10～25wt％。
5.根据权利要求1所述的一种液滴摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于：所述超声分散的温度为10～30℃，频率为20～60khz，功率为60～120w。
6.根据权利要求1所述的一种液滴摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，基...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯晓明，朱晓辉，田桂中，赵磊，孟祥祎，张天龙，徐旭东，陈鹏，李文倩，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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