能提高輸出電流的納米發(fā)電機(jī)的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種能提高輸出電流的納米發(fā)電機(jī)的制備方法，按照如下步驟完成：(1)將PDMS和固化劑混合均勻后平鋪在器皿上，然后置于恒溫控制干燥設(shè)備中干燥至PDMS膜為半干狀態(tài)，得到PDMS底膜。(2)將垂直生長(zhǎng)的氧化鋅納米管陣列與其生長(zhǎng)基底剝離，然后將剝離后的氧化鋅納米管水平排列部分嵌入半干的PDMS底膜中,將PDMS底膜切成備用尺寸。(3)將制備好的銀納米線沉積在上述水平排列的氧化鋅納米管表面，然后引出一根銅線，再將PDMS與固化劑的混合物均勻覆蓋在銀納米線上得到封裝層，最后置于恒溫干燥設(shè)備中干燥得到第一電極。(4)將與PDMS底膜相同大小的鋁箔作為第二電極，封裝得到納米發(fā)電機(jī)。本發(fā)明極大的提高了納米發(fā)電機(jī)的輸出電流。
【專利說明】能提高輸出電流的納米發(fā)電機(jī)的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米發(fā)電機(jī)的制備方法，特別涉及一種能提高輸出電流的納米發(fā)電機(jī)的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今世界，能源短缺和環(huán)境問題日益嚴(yán)重，可持續(xù)綠色無污染能源的尋求愈加迫切。能源問題成為影響人類進(jìn)步和可持續(xù)發(fā)展的重大問題之一，各種圍繞新能源開發(fā)、可再生能源重復(fù)利用的研究正在世界各地如火如荼的進(jìn)行之中?；诩{米器件的能源研究工作是在小尺度范圍內(nèi)進(jìn)行的，雖然無法解決人類傳統(tǒng)能源日益枯竭的問題，但卻也足以影響到人們的日常生活，特別是移動(dòng)式和便攜式小型電子設(shè)備。2006年，美國(guó)佐治亞理工學(xué)院的王中林研究組首次提出了納米發(fā)電機(jī)的理念，開辟了能源轉(zhuǎn)化和應(yīng)用的一個(gè)新的范疇。此后，各種類型的納米發(fā)電機(jī)不斷被研制出來。傳統(tǒng)的壓電納米發(fā)電機(jī)是利用壓電材料自身的壓電效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)將各種形式的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為可利用的電能，摩擦納米發(fā)電機(jī)是利用聚合物和金屬之間的摩擦起電和靜電感應(yīng)的原理來將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，但是單個(gè)發(fā)電機(jī)器件的輸出電流和功率都不高，這在一定程度上阻礙了納米發(fā)電機(jī)在實(shí)際生活中的應(yīng)用。因此，迫切需要提高納米發(fā)電機(jī)的輸出電流和功率來滿足當(dāng)前特殊應(yīng)用領(lǐng)域的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供另一種能提高輸出電流的納米發(fā)電機(jī)的制備方法。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種能提高輸出電流的納米發(fā)電機(jī)的制備方法，其特征在于:按照如下步驟完成:
[0005](I) ,PDMS底膜的制備:將PDMS和固化劑混合均勻后平鋪在器皿上，然后置于恒溫控制干燥設(shè)備中干燥至PDMS膜為半干狀態(tài)，得到PDMS底膜；
[0006](2)、將垂直生長(zhǎng)的氧化鋅納米管陣列與其生長(zhǎng)基底剝離，然后將剝離后的氧化鋅納米管水平排列部分嵌入半干的PDMS底膜中，將PDMS底膜切成備用尺寸；
[0007](3)、將制備好的銀納米線沉積在上述水平排列的氧化鋅納米管表面，然后引出一根銅線，再將PDMS與固化劑的混合物均勻覆蓋在銀納米線上得到封裝層，最后置于恒溫干燥設(shè)備中干燥得到第一電極；
[0008](4)、將與PDMS膜相同大小的鋁箔作為第二電極，封裝得到納米發(fā)電機(jī)。
[0009]采用上述技術(shù)方案，用本身既是半導(dǎo)體又是壓電材料的氧化鋅納米管修飾有機(jī)聚合物PDMS膜的表面來增大摩擦，同時(shí)在PDMS膜和氧化鋅納米管的界面上形成耦合交聯(lián)，更有益于電子的導(dǎo)出。
[0010]其次我們將氧化鋅納米管陣列與其生長(zhǎng)基底采用機(jī)械剝離的方式剝離，并與柔性PDMS膜相耦合，使其在受壓的過程中更容易彎曲產(chǎn)生壓電電勢(shì)。
[0011]最后我們從電極材料的角度考慮，金屬納米銀線作為一個(gè)電極層，具有良好的導(dǎo)電性，并且可以大大提高納米銀線與水平排列的氧化鋅納米管的有效接觸面積，從而更多的收集單根氧化鋅納米管的壓電電勢(shì)，同時(shí)增大了摩擦。通過以上步驟，單個(gè)發(fā)電機(jī)器件的輸出電流和功率得到了極大的提高，為實(shí)現(xiàn)納米發(fā)電機(jī)在生活中的應(yīng)用提供了可能。
[0012]在上述技術(shù)方案中:步驟(3)中，在封裝層上面用雙面膠粘有相同大小的硬紙片；步驟(4)中，所述鋁箔也用雙面膠粘貼在相同大小的硬紙片上，然后將鋁箔置于PDMS底膜的正下方，封裝得到納米發(fā)電機(jī)。
[0013]在上述技術(shù)方案中:步驟⑴中，PDMS和固化劑的質(zhì)量比為10:1。
[0014]作為優(yōu)選:步驟⑴中，干燥的溫度為50_60°C，干燥時(shí)間為1-此。
[0015]作為優(yōu)選:步驟(3)中，干燥溫度為50_60°C，干燥時(shí)間為5_8h。
[0016]作為優(yōu)選:所述恒溫干燥設(shè)備為真空干燥箱。
[0017]在上述技術(shù)方案中，所述氧化鋅納米管陣列與其生長(zhǎng)基底的剝離采用機(jī)械剝離法。
[0018]有益效果:本發(fā)明所采用的原料是容易合成的氧化鋅納米管和銀納米線，將氧化鋅納米管嵌入有機(jī)聚合物PDMS膜的表面來增大摩擦，同時(shí)在PDMS膜和氧化鋅納米管的界面上形成耦合交聯(lián)，更有益于電子的導(dǎo)出。從電極材料的角度考慮，金屬納米銀線作為一個(gè)電極層，具有良好的導(dǎo)電性，并且可以大大提高納米銀線與水平排列的氧化鋅納米管的有效接觸面積，從而更多的收集單根納米管的壓電電勢(shì)，同時(shí)增大了摩擦。通過以上步驟，單個(gè)納米發(fā)電機(jī)的輸出電流和功率得到了極大的提高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的納米發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為氧化鋅納米管和銀納米線在I3DMS底膜上的分布示意圖；
[0021]圖1和2中:1為PDMS底膜、2為氧化鋅納米管、3為銀納米線、4為銅線、5為封裝層、6為硬紙片、7為鋁箔；
[0022]圖3為是本發(fā)明所用氧化鋅納米管和銀納米線的XRD圖；
[0023]圖4(a) (b) (c) (d) (e)分別代表本發(fā)明所用垂直生長(zhǎng)的氧化鋅納米管陣列的SEM圖、水平排列在PDMS表面的氧化鋅納米管的SEM圖、銀納米線的SEM圖、沉積在PDMS表面的銀納米線的SEM圖以及沉積在水平排列氧化鋅納米管表面的銀納米線的SEM圖；
[0024]圖5是實(shí)施例1-4制備的不同電極的納米發(fā)電機(jī)的輸出電流圖；
[0025]圖6 (a) (b)分別代表本發(fā)明實(shí)施例5和6制備的不同厚度和不同尺寸的納米發(fā)電機(jī)的輸出電流；
[0026]圖7 (a) (b)分別代表本發(fā)明實(shí)施例3制備的同一個(gè)器件在不同頻率下的輸出電流圖；
[0027]圖8(a) (b)分別代表本發(fā)明實(shí)施例3制備的納米發(fā)電機(jī)的最大輸出電流，其中(b)為放大圖；
[0028]圖9 (a) (b)分別代表本發(fā)明實(shí)施例3制備的納米發(fā)電機(jī)的輸出電壓/電流與電阻的關(guān)系圖以及最大功率圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
[0030]實(shí)施例1:
[0031](I)、稱取PDMS3.3g和固化劑0.33g攪拌均勻，平鋪在一次性培養(yǎng)皿上，置于真空干燥箱中干燥l_2h，干燥溫度為55 °C，得到半干的PDMS底膜，該P(yáng)DMS底膜的厚度為0.05mmo
[0032](2)、將垂直生長(zhǎng)在鍍金硅片上的氧化鋅納米管陣列用機(jī)械剝離法剝離，然后將氧化鋅納米管部分嵌入上述半干的PDMS底膜的表面，所述氧化鋅納米管水平排列在PDMS底膜上，將PDMS底膜切成2cmX 2cm大小，并從水平排列的氧化鋅納米管上用銀膠連接引出一根細(xì)銅線作為一個(gè)電極。
[0033](3)、用另外調(diào)配均勻的PDMS與固化劑的混合物均勻覆蓋在氧化鋅納米管上，進(jìn)行封裝形成封裝層，然后置于真空干燥箱中干燥5-8h，干燥溫度為55°C，封裝層用雙面膠粘貼在2cmX2cm硬紙片上。PDMS與固化劑的混合物的質(zhì)量比依然為10:1，封裝層的厚度也為 0.05mm。
[0034](5)、將尺寸大小為2cmX2cm的鋁箔用雙面膠粘貼在另一片2cmX2cm硬紙片上，從鋁箔上引出另一根細(xì)銅線作為另一個(gè)電極。
[0035](6)、使PDMS混合層與鋁箔電極相對(duì)，鋁箔位于PDMS底膜的下方，然后用隱形膠帶連接兩硬紙片的一端，即組合得到納米發(fā)電機(jī)。
[0036]實(shí)施例2:
[0037](I)、稱取PDMS3.3g和固化劑0.33g攪拌均勻，平鋪在與實(shí)施例1相同大小的一次性培養(yǎng)皿上，置于真空干燥箱中干燥l_2h，干燥溫度為55°C得到與實(shí)施例1厚度相同的半干的PDMS底膜。
[0038](2)、將制備好的銀納米線沉積在上述PDMS底膜上，將PDMS底膜切成2cmX 2cm大小，并從銀納米線上用銀膠連接引出一根細(xì)銅線作為一個(gè)電極。
[0039](3)、用另外調(diào)配均勻的PDMS與固化劑的混合物均勻覆蓋在銀納米線上進(jìn)行封裝得到封裝層，置于真空干燥箱中干燥5-8h，干燥溫度為55°C，封裝層用雙面膠粘貼在2cmX2cm硬紙片上，PDMS與固化劑的混合物的質(zhì)量比依然為10:1，封裝層的厚度也為0.05mmo
[0040](5)、將尺寸大小為2cmX2cm的鋁箔用雙面膠粘貼在另一片2cmX2cm硬紙片上，從鋁箔上引出一根細(xì)銅線作為另一個(gè)電極。
[0041 ] (6)、使PDMS混合層與鋁箔電極相對(duì)，鋁箔位于PDMS底膜的下方，用隱形膠帶連接兩硬紙片的一端，即組合得到納米發(fā)電機(jī)器件。
[0042]實(shí)施例3:
[0043]如圖1和2所示:
[0044](I)、稱取PDMS3.3g和固化劑0.33g攪拌均勻，平鋪在與實(shí)施例1相同大小的一次性培養(yǎng)皿上，置于真空干燥箱中干燥l_2h，干燥溫度為55°C得到與實(shí)施例1厚度相同的半干的PDMS底膜I。
[0045](2)、將垂直生長(zhǎng)在鍍金硅片上的氧化鋅納米管陣列用機(jī)械剝離法剝離，然后將氧化鋅納米管2水平排列嵌入上述半干PDMS底膜I的表面，氧化鋅納米管2部分嵌入PDMS底膜I中，也就是說，氧化鋅納米管2的上部位于PDMS底膜I上，并將PDMS底膜I切成2cmX 2cm 大小。
[0046](3)、將制備好的銀納米線3沉積在上述水平排列的氧化鋅納米管2上，并引出一根細(xì)銅線4作為一個(gè)電極。
[0047](4)、用另外調(diào)配均勻的PDMS與固化劑的混合物均勻覆蓋在銀納米線上進(jìn)行封裝得到封裝層5，然后置于真空干燥箱中干燥5-8h，干燥溫度為55°C，用雙面膠將封裝層5粘貼在2cmX2cm硬紙片6上。PDMS與固化劑的混合物的質(zhì)量比依然為10:1，封裝層5的厚度也為0.05mm。
[0048](5)、將尺寸大小為2cmX 2cm的鋁箔7用雙面膠粘貼在另一片2cmX 2cm硬紙片6上，從鋁箔7上引出另一根細(xì)銅線4作為另一個(gè)電極。
[0049](6)、使PDMS混合層與鋁箔電極相對(duì)，鋁箔7位于PDMS底膜I的下方，用隱形膠帶連接兩硬紙片6的一端，即組合得到納米發(fā)電機(jī)。
[0050]實(shí)施例4，
[0051](I)、稱取PDMS3.3g和固化劑0.33g攪拌均勻，平鋪在與實(shí)施例1相同大小的一次性培養(yǎng)皿上，置于真空干燥箱中干燥l_2h，干燥溫度為55°C得到與實(shí)施例1厚度相同的半干的PDMS底膜I。
[0052](2)、在PDMS底膜上連接引出一根細(xì)銅線作為一個(gè)電極。
[0053](3)、用另外調(diào)配均勻的PDMS與固化劑的混合物均勻覆蓋在氧化鋅納米管上，進(jìn)行封裝形成封裝層，然后置于真空干燥箱中干燥5-8h，干燥溫度為55°C，封裝層用雙面膠粘貼在2cmX2cm硬紙片上。PDMS與固化劑的混合物的質(zhì)量比依然為10:1，封裝層的厚度也為 0.05mm。
[0054](5)、將尺寸大小為2cmX2cm的招箔用雙面膠粘貼在另一片2cmX2cm硬紙片上，從鋁箔上引出另一根細(xì)銅線作為另一個(gè)電極。
[0055](6)、使PDMS混合層與鋁箔電極相對(duì)，鋁箔位于PDMS底膜的下方，然后用隱形膠帶連接兩硬紙片的一端，即組合得到納米發(fā)電機(jī)。
[0056]圖5是實(shí)施例例1-4制備的不同電極的納米發(fā)電機(jī)的輸出電流圖。從圖5中我們可以得出，純PDMS器件的輸出電流為2 μ A左右，PDMS加氧化鋅納米管器件的輸出電流為6.5 μ A左右。PDMS加銀納米線器件的輸出電流可以達(dá)到15 μ A左右。PDMS加氧化鋅納米管加銀納米線器件的輸出電流則可以達(dá)到23 μ A左右。極大的提高了納米發(fā)電機(jī)的輸出電流。
[0057]實(shí)施例5:
[0058](I)、分別稱取 3.3g 的 PDMS+0.33g 固化劑、3.0g 的 PDMS+0.3g 固化劑、2.7g 的PDMS+0.27g固化劑，分別攪拌均勻并分別平鋪在三個(gè)與實(shí)施例1相同的一次性培養(yǎng)皿上，置于真空干燥箱中干燥l_2h，干燥溫度為55°C，制得不同厚度的PDMS底膜I。
[0059](2)、將垂直生長(zhǎng)在鍍金硅片上的氧化鋅納米管陣列用機(jī)械剝離法剝離，然后將氧化鋅納米管2水平排列嵌入上述不同厚度的半干PDMS底膜I的表面，氧化鋅納米管2部分嵌入PDMS底膜I中，也就是說，氧化鋅納米管2的上部位于PDMS底膜I上，并將PDMS底膜I切成2cmX 2cm大小。
[0060](3)、將制備好的銀納米線3沉積在上述水平排列的氧化鋅納米管2上，并引出一根細(xì)銅線4作為一個(gè)電極。
[0061](4)、用另外調(diào)配均勻的PDMS與固化劑的混合物均勻覆蓋在銀納米線上進(jìn)行封裝得到封裝層5，然后置于真空干燥箱中干燥5-8h，干燥溫度為55°C，用雙面膠將封裝層5粘貼在2cmX2cm硬紙片6上。PDMS與固化劑的混合物的質(zhì)量比依然為10:1，封裝層的厚度與各自對(duì)應(yīng)的PDMS底膜I的厚度相同。
[0062](5)、將尺寸大小為2cmX 2cm的鋁箔7用雙面膠粘貼在另一片2cmX 2cm硬紙片6上，從鋁箔7上引出另一根細(xì)銅線4作為另一個(gè)電極。
[0063](6)、使PDMS混合層與鋁箔電極相對(duì)，鋁箔7位于PDMS底膜I的下方，用隱形膠帶連接兩硬紙片6的一端，即組合得到不同厚度的納米發(fā)電機(jī)。
[0064]圖6(a)分別是本發(fā)明制備的不同厚度的納米發(fā)電機(jī)的輸出電流。從圖中可以看出，其它條件相同的情況下，厚度越小，納米發(fā)電機(jī)的輸出電流越大。
[0065]實(shí)施例6:
[0066](I)、稱取2.7g的PDMS和0.27g固化劑攪拌均勻，平鋪在實(shí)施例5相同大小的一次性培養(yǎng)皿上，置于真空干燥箱中干燥l_2h，干燥溫度為55°C，得到半干的PDMS底膜。
[0067](2)、將垂直生長(zhǎng)在鍍金硅片上的氧化鋅納米管陣列用機(jī)械剝離法剝離，使其水平排列部分嵌入上述半干PDMS底膜的表面，并將PDMS底膜切成大小分別為IcmX 1cm、IcmX2cm、2cmX2cm 的尺寸。
[0068](3)、將制備好的銀納米線沉積在上述水平排列的氧化鋅納米管上，并引出一根細(xì)銅線作為電極。
[0069](4)、用另外調(diào)配均勻的PDMS與固化劑的混合物均勻覆蓋在銀納米線上進(jìn)行封裝得到封裝層，置于真空干燥箱中干燥5-8h，干燥溫度為55°C，將封裝層用雙面膠分別對(duì)應(yīng)粘貼在IcmX lcm、IcmX 2cm、2cmX 2cm硬紙片上。PDMS與固化劑的混合物的質(zhì)量分別為2.7g的PDMS和0.27g固化劑，封裝層的厚度與PDMS底膜的厚度相同。
[0070](5)、將尺寸大小分別為IcmX lcm、IcmX 2cm、2cmX 2cm的招箔用雙面膠分別粘貼在另外三片對(duì)應(yīng)尺寸的硬紙片上，從鋁箔上分別引出一根細(xì)銅線作為電極。
[0071](6)、使PDMS混合層與鋁箔電極相對(duì)，用隱形膠帶連接對(duì)應(yīng)兩硬紙片的一端，即組合得到三個(gè)不同尺寸的納米發(fā)電機(jī)器件。
[0072]圖6(b)是本發(fā)明制備的不同尺寸的納米發(fā)電機(jī)的輸出電流，從圖中可以看出，其它條件相同的情況下，尺寸越大，輸出電流越大。
[0073]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本【技術(shù)領(lǐng)域】中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種能提高輸出電流的納米發(fā)電機(jī)的制備方法，其特征在于:按照如下步驟完成: (1),PDMS底膜的制備:將PDMS和固化劑混合均勻后平鋪在器皿上，然后置于恒溫控制干燥設(shè)備中干燥至半干狀態(tài)，得到PDMS底膜； (2)、將垂直生長(zhǎng)的氧化鋅納米管陣列與其生長(zhǎng)基底剝離，然后將剝離后的氧化鋅納米管水平排列部分嵌入半干的PDMS底膜中，將PDMS底膜切成備用尺寸； (3)、將制備好的銀納米線沉積在上述水平排列的氧化鋅納米管表面，然后引出一根銅線，再將PDMS與固化劑的混合物均勻覆蓋在銀納米線上得到封裝層，最后置于恒溫干燥設(shè)備中干燥得到第一電極； (4)、將與PDMS底膜相同大小的鋁箔作為第二電極，封裝得到納米發(fā)電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述能提高輸出電流的納米發(fā)電機(jī)的制備方法，其特征在于:步驟(3)中，在封裝層上面用雙面膠粘有相同大小的硬紙片；步驟(4)中，所述鋁箔也用雙面膠粘貼在相同大小的硬紙片上，然后將鋁箔置于PDMS底膜的正下方，封裝得到納米發(fā)電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述能提高輸出電流的納米發(fā)電機(jī)的制備方法，其特征在于:步驟(I)中，干燥的溫度為50-60°C，干燥時(shí)間為l_2h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述能提高輸出電流的納米發(fā)電機(jī)的制備方法，其特征在于:步驟(I)中，PDMS和固化劑的質(zhì)量比為10:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述能提高輸出電流的納米發(fā)電機(jī)的制備方法，其特征在于:步驟(3)中，干燥溫度為50-60°C，干燥時(shí)間為5-8h。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述能提高輸出電流的納米發(fā)電機(jī)的制備方法，其特征在于:所述恒溫干燥設(shè)備為真空干燥箱。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述能提高輸出電流的納米發(fā)電機(jī)的制備方法，其特征在于:所述氧化鋅納米管陣列與其生長(zhǎng)基底的剝離采用機(jī)械剝離法。
【文檔編號(hào)】H02N1/04GK104332556SQ201410420824
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月25日
【發(fā)明者】奚伊, 岳旭樂, 程露, 胡陳果, 賀顯明, 代書閣, 王果 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)