摩擦發(fā)電機的電極及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種摩擦發(fā)電機的電極，尤其涉及一種摩擦發(fā)電機的電極設(shè)置方式及電極的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]采用納米技術(shù)構(gòu)建的能量收集和轉(zhuǎn)換裝置，在自供電納米系統(tǒng)中起關(guān)鍵作用，由于其環(huán)保、節(jié)能、自驅(qū)動性質(zhì)而日益受到廣泛關(guān)注。隨著王中林教授研究組研發(fā)的壓電納米發(fā)電機首次將機械能轉(zhuǎn)換為電能以來，以壓電和摩擦電為基礎(chǔ)的不同結(jié)構(gòu)和材料的納米發(fā)電機相繼問世。
[0003]但現(xiàn)有的摩擦發(fā)電機中電極層與摩擦層為層疊設(shè)置結(jié)構(gòu)，即兩層材料為平面結(jié)構(gòu)，多采用濺射金屬薄層、粘貼導(dǎo)電層或刷涂導(dǎo)電層等，所制備的摩擦發(fā)電機電極與摩擦層接觸不牢固。另外，由于摩擦發(fā)電機的摩擦層與電極層為平面接觸，發(fā)電效率較低。
[0004]因此，需要尋找一種新型的摩擦發(fā)電機電極設(shè)置方式，以增強電極的牢固程度，提高摩擦發(fā)電機的發(fā)電性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有摩擦發(fā)電機電極與摩擦層接觸不牢固、發(fā)電效率低的缺陷，提供了一種摩擦發(fā)電機的電極，能夠增加電極的牢固程度，并提高摩擦發(fā)電機的發(fā)電性能和柔韌性。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的第一技術(shù)方案為一種摩擦發(fā)電機的電極，具體為:
[0007]—種摩擦發(fā)電機的電極，所述摩擦發(fā)電機電極包括多孔電極層和聚合物層，所述多孔電極層與所述聚合物層相互嵌合，形成嵌合體。
[0008]前述的摩擦發(fā)電機的電極，所述嵌合為部分嵌合，即多孔電極層的一部分與聚合物層的一部分相互嵌合，形成部分嵌合體。
[0009]前述的摩擦發(fā)電機的電極，所述嵌合為完全嵌合，即全部多孔電極層與全部聚合物層相互嵌合，形成完全嵌合體。
[0010]前述的摩擦發(fā)電機的電極，所述多孔電極層為多孔金屬或其復(fù)合多孔體，優(yōu)選泡沫鎳、泡沫銅、泡沫鋁、多孔鐵、多孔銅或其復(fù)合多孔體中的一種。
[0011]本發(fā)明提供的第二技術(shù)方案為一種摩擦發(fā)電機電極的制備方法，具體為:
[0012]—種摩擦發(fā)電機電極的制備方法，該方法包括以下步驟:
[0013](1)在具有微結(jié)構(gòu)的模板表面刷涂第一聚合物層，并進行除氣處理；
[0014](2)將表面平整的多孔電極層裁切成目標(biāo)尺寸；
[0015](3)將多孔電極層貼合在聚合物層表面，并進行固化處理；
[0016](4)從模板表面將聚合物層/電極層復(fù)合膜起膜。
[0017]前述的摩擦發(fā)電機電極的制備方法，所述步驟(2)中，對多孔電極層進行壓平處理，使其厚度達到目標(biāo)厚度。
[0018]前述的摩擦發(fā)電機電極的制備方法，所述步驟(3)中的聚合物層為經(jīng)過固化處理的聚合物層，優(yōu)選在貼合多孔電極層之前，在已固化的聚合物層表面刷涂第二聚合物層。
[0019]前述的摩擦發(fā)電機電極的制備方法，所述步驟(3)后還包括步驟(5)在多孔電極層表面刷涂第三聚合物層，并進行除氣和固化處理。
[0020]前述的摩擦發(fā)電機電極的制備方法，所述步驟(3)中的聚合物層為經(jīng)過半固化處理的聚合物層。
[0021]前述的摩擦發(fā)電機的電極的制備方法，所述步驟(3)后還包括步驟(6)在多孔電極層表面刷涂第二聚合物層，并進行除氣和固化處理。
[0022]前述的摩擦發(fā)電機電極的制備方法，所述步驟(3)中的聚合物層為沒有經(jīng)過固化處理的聚合物層，優(yōu)選在聚合物層表面上貼合多孔電極層后靜置1?lOmin。
[0023]與現(xiàn)有的摩擦發(fā)電機的電極設(shè)置相比，本發(fā)明的摩擦發(fā)電機的電極設(shè)置方式具有以下優(yōu)點:
[0024]1)本發(fā)明摩擦發(fā)電機的電極設(shè)置方式增強了電極的牢固程度，使其不容易脫落。
[0025]2)本發(fā)明摩擦發(fā)電機的電極設(shè)置方式提高了摩擦發(fā)電機的發(fā)電性能。
[0026]3)本發(fā)明摩擦發(fā)電機的電極設(shè)置方式提高了摩擦發(fā)電機的柔韌性。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明摩擦發(fā)電機電極的一個【具體實施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2是本發(fā)明摩擦發(fā)電機電極的另一個【具體實施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖3是本發(fā)明摩擦發(fā)電機電極的嵌合體的截面圖。
[0030]圖4是本發(fā)明摩擦發(fā)電機電極的制備工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0031]為了更好的了解本發(fā)明的目的、結(jié)構(gòu)及功能，下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的一種摩擦發(fā)電機的電極設(shè)置及其制備方法做進一步詳細(xì)的描述。
[0032]本發(fā)明的摩擦發(fā)電機的電極包括多孔電極層和聚合物層，多孔電極層與聚合物層相互嵌合，形成嵌合體。
[0033]其中，多孔電極層是具有泡沫狀結(jié)構(gòu)或海綿狀結(jié)構(gòu)的多孔金屬或其復(fù)合多孔體，例如可以是市售的泡沫鎳、泡沫銅、泡沫鋁、多孔鐵、多孔銅或其復(fù)合多孔體中的至少一種。
[0034]其中，聚合物層可以是市售的熱塑性或者熱固性高分子材料，例如可以是市購的PDMS (聚二甲基硅氧烷)、甲基乙烯基硅橡膠、氟硅橡膠、酚醛樹脂或硫化橡膠。
[0035]圖1是本發(fā)明摩擦發(fā)電機電極的一個【具體實施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的摩擦發(fā)電機的電極包括多孔電極層1和聚合物層2，多孔電極層1的一部分與聚合物層2的一部分相互嵌合，形成部分嵌合體，多孔電極層1的另一部分和聚合物層2的另一部分均裸露在外。
[0036]圖2是本發(fā)明摩擦發(fā)電機電極的另一個【具體實施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，本發(fā)明的摩擦發(fā)電機的電極包括多孔電極層與聚合物層，多孔電極層和聚合物層嵌合形成的完全嵌合體。
[0037]圖3是本發(fā)明摩擦發(fā)電機電極的嵌合體的截面圖。如圖3所示，在嵌合體中，多孔電極層與聚合物層相互嵌合，聚合物22包覆多孔電極11，且聚合物22進入多孔電極11的微孔中。
[0038]如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明的摩擦發(fā)電機的電極設(shè)置方式，多孔金屬或其復(fù)合多孔體整體作為摩擦發(fā)電機的電極層并與聚合物層形成良好的結(jié)合，一方面增加了電極的牢固程度，使其不容易脫落，另一方面，與平板狀電極層相比，由于電極的多孔結(jié)構(gòu)，具有比較大的比表面積，與聚合物層形成更大的接觸面積，能夠感應(yīng)更多的電荷；在多孔電極層為泡沫鎳的一個【具體實施方式】中，摩擦發(fā)電機的發(fā)電性能提高了約30%。
[0039]另外，由于多孔金屬本身的多孔結(jié)構(gòu)，使本發(fā)明的摩擦發(fā)電機的電極設(shè)置方式比平板結(jié)構(gòu)具有更好的柔韌性，增加了摩擦發(fā)電機的整體柔性。
[0040]本發(fā)明所述結(jié)構(gòu)的電極可以應(yīng)用于三層(聚合物和摩擦電極的摩擦)、四層(聚合物和聚合物的摩擦)、五層(居間薄膜摩擦發(fā)電機和居間電極發(fā)摩擦電機)、彈簧、拱形、金屬氧化物和聚合物等納米摩擦發(fā)電機的結(jié)構(gòu)中。
[0041]另一方面，如圖4所示，本發(fā)明的摩擦發(fā)電機電極的制備方法，包括以下步驟:
[0042](1)在具有微結(jié)構(gòu)的模板表面刷涂第一聚合物層，并進行除氣處理；
[0043]其中，所述模板是本領(lǐng)域常規(guī)使用的具有微結(jié)構(gòu)的模板，例如可以是硅模板、玻璃、金屬、有機玻璃等；所述微結(jié)構(gòu)為微納凹凸結(jié)構(gòu)，凸起高度為50?3000nm的凹凸結(jié)構(gòu)；所述除氣處理通過抽真空進行。
[0044]本發(fā)明所用聚合物可以是市售的熱塑性或者熱固性高分子材料，例如可以是市購的PDMS (聚二甲基硅氧烷)、甲基乙烯基硅橡膠、氟硅橡膠、酚醛樹脂或硫化橡膠。
[0045]所述聚合物層是將高分子材料和固化劑混勻后得到的漿料，或者是將高分子材料和固化劑混勻后溶于有機溶劑中配成的漿料，根據(jù)選擇的高分子材料類型，選擇合適的固化劑類型和有機溶劑類型。
[0046]高分子材料可以是PDMS ;將PDMS與固化劑混合均勻后溶于有機溶劑中，攪拌攪拌均勻，配成漿料；所述有機溶劑為正己烷、環(huán)己烷、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯或乙酸丁酯；優(yōu)選PDMS漿料中固體(混合物)與有機溶劑的質(zhì)量比為1:20 ;所述固化劑為硫化劑，如市購的道康寧184，此時高分子材料與固化劑的重量比為5:1?20:1，優(yōu)選10:1 ;固化溫度為60?120°C ;優(yōu)選在攪拌過程中可以伴隨加熱。
[0047]高分子材料PDMS本身是液態(tài)的，也可以不需要使用有機溶劑，僅將固化劑添加到高分子材料中即可，高分子材料與固化劑的重量比為5:1?20:1，優(yōu)選10:1。
[0048]同樣地，高分子材料也可以是液態(tài)的酚醛樹脂，包括苯酚醛樹脂、甲醛樹脂；固化劑可以是脂環(huán)族多胺、叔胺、咪唑類以及三氟化硼絡(luò)合物等；固化溫度為60?120°C。
[0049]高分子材料還可以是液態(tài)的甲基乙烯基硅橡膠或氟硅橡膠；固化劑可以是正硅酸乙酯或