摩擦發電機的電極及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種摩擦發電機的電極，尤其涉及一種摩擦發電機的電極設置方式及電極的制備方法。
【背景技術】
[0002]采用納米技術構建的能量收集和轉換裝置，在自供電納米系統中起關鍵作用，由于其環保、節能、自驅動性質而日益受到廣泛關注。隨著王中林教授研究組研發的壓電納米發電機首次將機械能轉換為電能以來，以壓電和摩擦電為基礎的不同結構和材料的納米發電機相繼問世。
[0003]但現有的摩擦發電機中電極層與摩擦層為層疊設置結構，即兩層材料為平面結構，多采用濺射金屬薄層、粘貼導電層或刷涂導電層等，所制備的摩擦發電機電極與摩擦層接觸不牢固。另外，由于摩擦發電機的摩擦層與電極層為平面接觸，發電效率較低。
[0004]因此，需要尋找一種新型的摩擦發電機電極設置方式，以增強電極的牢固程度，提高摩擦發電機的發電性能。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是:克服現有摩擦發電機電極與摩擦層接觸不牢固、發電效率低的缺陷，提供了一種摩擦發電機的電極，能夠增加電極的牢固程度，并提高摩擦發電機的發電性能和柔韌性。
[0006]為解決上述技術問題，本發明提供的第一技術方案為一種摩擦發電機的電極，具體為:
[0007]—種摩擦發電機的電極，所述摩擦發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]前述的摩擦發電機的電極，所述多孔電極層為多孔金屬或其復合多孔體，優選泡沫鎳、泡沫銅、泡沫鋁、多孔鐵、多孔銅或其復合多孔體中的一種。
[0011]本發明提供的第二技術方案為一種摩擦發電機電極的制備方法，具體為:
[0012]—種摩擦發電機電極的制備方法，該方法包括以下步驟:
[0013](1)在具有微結構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/電極層復合膜起膜。
[0017]前述的摩擦發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，使其厚度達到目標厚度。
[0018]前述的摩擦發電機電極的制備方法，所述步驟(3)中的聚合物層為經過固化處理的聚合物層，優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]前述的摩擦發電機電極的制備方法，所述步驟(3)中的聚合物層為經過半固化處理的聚合物層。
[0021]前述的摩擦發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]前述的摩擦發電機電極的制備方法，所述步驟(3)中的聚合物層為沒有經過固化處理的聚合物層，優選在聚合物層表面上貼合多孔電極層后靜置1?lOmin。
[0023]與現有的摩擦發電機的電極設置相比，本發明的摩擦發電機的電極設置方式具有以下優點:
[0024]1)本發明摩擦發電機的電極設置方式增強了電極的牢固程度，使其不容易脫落。
[0025]2)本發明摩擦發電機的電極設置方式提高了摩擦發電機的發電性能。
[0026]3)本發明摩擦發電機的電極設置方式提高了摩擦發電機的柔韌性。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發明摩擦發電機電極的一個【具體實施方式】的結構示意圖。
[0028]圖2是本發明摩擦發電機電極的另一個【具體實施方式】的結構示意圖。
[0029]圖3是本發明摩擦發電機電極的嵌合體的截面圖。
[0030]圖4是本發明摩擦發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明的目的、結構及功能，下面結合附圖，對本發明的一種摩擦發電機的電極設置及其制備方法做進一步詳細的描述。
[0032]本發明的摩擦發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構或海綿狀結構的多孔金屬或其復合多孔體，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是本發明摩擦發電機電極的一個【具體實施方式】的結構示意圖。如圖1所示，本發明的摩擦發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是本發明摩擦發電機電極的另一個【具體實施方式】的結構示意圖。如圖2所示，本發明的摩擦發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是本發明摩擦發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，本發明的摩擦發電機的電極設置方式，多孔金屬或其復合多孔體整體作為摩擦發電機的電極層并與聚合物層形成良好的結合，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，由于電極的多孔結構，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，摩擦發電機的發電性能提高了約30%。
[0039]另外，由于多孔金屬本身的多孔結構，使本發明的摩擦發電機的電極設置方式比平板結構具有更好的柔韌性，增加了摩擦發電機的整體柔性。
[0040]本發明所述結構的電極可以應用于三層(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(居間薄膜摩擦發電機和居間電極發摩擦電機)、彈簧、拱形、金屬氧化物和聚合物等納米摩擦發電機的結構中。
[0041]另一方面，如圖4所示，本發明的摩擦發電機電極的制備方法，包括以下步驟:
[0042](1)在具有微結構的模板表面刷涂第一聚合物層，并進行除氣處理；
[0043]其中，所述模板是本領域常規使用的具有微結構的模板，例如可以是硅模板、玻璃、金屬、有機玻璃等；所述微結構為微納凹凸結構，凸起高度為50?3000nm的凹凸結構；所述除氣處理通過抽真空進行。
[0044]本發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、環己烷、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯或乙酸丁酯；優選PDMS漿料中固體(混合物)與有機溶劑的質量比為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，優選10:1 ;固化溫度為60?120°C ;優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，優選10:1。
[0048]同樣地，高分子材料也可以是液態的酚醛樹脂，包括苯酚醛樹脂、甲醛樹脂；固化劑可以是脂環族多胺、叔胺、咪唑類以及三氟化硼絡合物等；固化溫度為60?120°C。
[0049]高分子材料還可以是液態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