本發(fā)明涉及摩擦納米發(fā)電機，尤其涉及一種自排水的仿生耐濕摩擦納米發(fā)電機及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、摩擦納米發(fā)電機(triboelectric?nanogenerator，簡稱teng)是一種新興的能源收集技術(shù)，通過摩擦起電效應(yīng)和靜電感應(yīng)效應(yīng)能夠有效地將環(huán)境中的各種機械能(如人體運動、風能、海浪能等)轉(zhuǎn)化為電能。摩擦納米發(fā)電機具有高效能量轉(zhuǎn)化、材料選擇多樣性、應(yīng)用廣泛、柔性輕量化和環(huán)境友好等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于可穿戴設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測、智能家居和海洋能量收集等領(lǐng)域，展現(xiàn)出廣闊的研究和應(yīng)用前景。

2、然而，摩擦納米發(fā)電機的性能在高濕度環(huán)境下會受到顯著影響。這主要是因為摩擦起電效應(yīng)和靜電感應(yīng)效應(yīng)在高濕度條件下會受到干擾，導致電荷轉(zhuǎn)移效率降低，從而影響摩擦納米發(fā)電機的輸出性能。具體而言，水分子容易吸附在材料表面，形成一層水膜，增加了電荷的耗散速度，干擾電荷的分離和轉(zhuǎn)移，嚴重影響發(fā)電效率。

3、因此，現(xiàn)有技術(shù)仍需進一步改進與發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種自排水的仿生耐濕摩擦納米發(fā)電機及其制備方法，本發(fā)明所提供的仿生耐濕摩擦納米發(fā)電機可以通過正/負摩擦層的仿生結(jié)構(gòu)將液體排出，從而實現(xiàn)在高濕度環(huán)境中的應(yīng)用。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種自排水的仿生耐濕摩擦納米發(fā)電機，其中，包括：

4、上支撐層，

5、貼合設(shè)置在所述上支撐層下表面的正摩擦層，

6、下支撐層，

7、貼合設(shè)置在所述下支撐層上表面的負摩擦層，

8、所述下支撐層四周設(shè)置有傾斜支柱，所述傾斜支柱上套設(shè)有彈簧，所述上支撐層與所述傾斜支柱活動連接；

9、所述正摩擦層表面排列設(shè)置多個均勻分布的正六邊形傾斜凸起，各正六邊形傾斜凸起之間有一定的間隙，形成互連通道；

10、所述負摩擦層表面有均勻分布的荷葉乳突結(jié)構(gòu)，使負摩擦層具有超疏水功能；所述負摩擦層荷葉乳突結(jié)構(gòu)背面有負摩擦層電極；所述正摩擦層的正六邊形傾斜凸起背面有正摩擦層電極；

11、所述上支撐層在受壓時帶動正摩擦層沿下支撐層的傾斜支柱向下運動，使正摩擦層和負摩擦層接觸，所述正摩擦層和所述負摩擦層之間產(chǎn)生電子的遷移，實現(xiàn)電量輸出。

12、所述的自排水的仿生耐濕摩擦納米發(fā)電機，其中，

13、所述上支撐層表面設(shè)置有第一長方形平面凸起，用于貼合連接所述正摩擦層；

14、所述下支撐層表面設(shè)置有第二長方形平面凸起，用于貼合負摩擦層；

15、所述的自排水的仿生耐濕摩擦納米發(fā)電機，其中，

16、所述上支撐層的四角各設(shè)置有一傾斜通孔，所述下支撐層的四角各有一傾斜支柱，用于所述傾斜通孔配合，使上支撐層沿下支撐層的傾斜支柱上下滑動。

17、所述的自排水的仿生耐濕摩擦納米發(fā)電機，其中，

18、所述彈簧用于分隔所述上支撐層和下支撐層，在初始狀態(tài)保持所述正摩擦層和負摩擦層分離。

19、所述的自排水的仿生耐濕摩擦納米發(fā)電機，其中，

20、所述正摩擦層表面設(shè)置有正六邊形傾斜凸起和所述負摩擦層表面設(shè)置的荷葉乳突結(jié)構(gòu)，用于增加所述正摩擦層和所述負摩擦層的接觸面積。

21、所述的自排水的仿生耐濕摩擦納米發(fā)電機，其中，

22、所述正摩擦層表面的正六邊形傾斜凸起的一側(cè)設(shè)置為銳角邊、另一側(cè)設(shè)置為鈍角邊；所述正摩擦層表面均勻分布的正六邊形傾斜凸起在受壓時底部產(chǎn)生梯度變形，從而使正六邊形傾斜凸起的一側(cè)銳角邊產(chǎn)生第一變形，另一側(cè)的鈍角邊產(chǎn)生第二變形；所述第二變形的形變空間小于第一變形的形變空間；從而擠壓正六邊形傾斜凸起之間隙中互連通道的液體，從而將液體從正摩擦層排出。

23、所述的自排水的仿生耐濕摩擦納米發(fā)電機，其中，所述負摩擦層表面的超疏水荷葉乳突結(jié)構(gòu)用于抑制超薄水膜的形成，并促進液體在負摩擦層表面的排出；

24、所述傾斜支柱用于使正摩擦層對負摩擦層產(chǎn)生具有一定傾斜角度的擠壓力，促使所述正摩擦層和負摩擦層間的液體沿一定的方向流動。

25、所述的自排水的仿生耐濕摩擦納米發(fā)電機，其中，所述上支撐層四角各有一傾斜通孔，用于與所述傾斜支柱配合，使上支撐層沿下支撐層的傾斜支柱上下滑動；

26、所述上支撐層通過所述傾斜通孔與所述傾斜支柱滑動連接，并通過所述彈簧頂持、與所述下支撐層保持彈性空間。

27、一種任一項所述的自排水的仿生耐濕摩擦納米發(fā)電機的制備方法，其中，包括步驟：

28、s1、采用3d打印制造上支撐層和下支撐層；

29、s2、使用3d打印制造正摩擦層凹模版，將正摩擦層高分子聚合物溶液倒入所述正摩擦層凹模版，加熱固化形成所述正摩擦層；并在所述正摩擦層表面排列設(shè)置多個均勻分布的正六邊形傾斜凸起，各正六邊形傾斜凸起之間有一定的間隙，形成互連通道；

30、s3、使用天然荷葉作為負摩擦層模板，在荷葉表面加熱固化一層聚二甲基硅氧烷(pdms)制造荷葉陰模板，將負摩擦層高分子聚合物溶液倒入所述荷葉陰模板，加熱固化形成所述負摩擦層；使所述負摩擦層表面有均勻分布的荷葉乳突結(jié)構(gòu)，使負摩擦層具有超疏水功能；

31、s4、采用離子濺射儀在所述正摩擦層表面制備正摩擦層電極，在所述負摩擦層表面制備負摩擦層電極；

32、s5、在所述下支撐層四周的四角各設(shè)置一傾斜支柱，并在每一所述傾斜支柱上套設(shè)一彈簧；將所述正摩擦層貼合設(shè)置在所述上支撐層表面第一長方形平面凸起；將所述負摩擦層貼合設(shè)置在所述下支撐層第二長方形平面凸起，并在所述下支撐層四周的四角分別設(shè)置傾斜通孔；通過所述傾斜通孔與所述傾斜支柱的配合，使將安裝有正摩擦層的上支撐層沿所述傾斜支柱上下滑動設(shè)置在安裝有所述負摩擦層的下支撐層上，完成仿生耐濕摩擦納米發(fā)電機的制作。

33、所述的自排水的仿生耐濕摩擦納米發(fā)電機的制備方法，其中，

34、所述下支撐層的傾斜支柱傾斜角度為45°；

35、所述正摩擦層高分子聚合物為聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚丙烯(pp)、聚碳酸酯(pc)中的一種；

36、所述負摩擦層高分子聚合物為聚四氟乙烯(ptfe)、聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚酰亞胺(pi)、聚氯乙烯(pvc)中的一種；

37、所述離子濺射儀噴涂的金屬為是金、銀、銅、鐵、鋁、鎂中的一種；

38、所述正摩擦層表面正六邊形傾斜凸起高度為5-8μm，內(nèi)切圓直徑為10-12μm，傾斜角度為30-40°，正六邊形傾斜凸起之間的間隙寬度為2-3μm。

39、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下有益效果：

40、本發(fā)明實施例提供的一種自排水的仿生耐濕摩擦納米發(fā)電機，受樹蛙腳趾墊排水機理和荷葉表面超疏水啟發(fā)，通過正摩擦層表面規(guī)則的正六邊形傾斜凸起和負摩擦層表面荷葉乳突結(jié)構(gòu)，使摩擦納米發(fā)電機在工作過程中可以自主的將正/負摩擦層之間的液體排出，從而降低濕度對摩擦納米發(fā)電機性能輸出的影響。

41、將下支撐層的傾斜支柱設(shè)置成傾斜導軌，可以使正/負摩擦層接觸時產(chǎn)生傾斜的下壓力，相較于垂直下壓力，傾斜下壓力會使正六邊形傾斜凸起的鈍角邊和銳角邊產(chǎn)生更大的變形差，進而使互連通道間隙縮小，可以更快的將互連通道內(nèi)的液體排出。