一种基于层间电场效应的柔性纳米发电机设计方法
专利汇可以提供一种基于层间电场效应的柔性纳米发电机设计方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 属于柔性压电纳米发 电机 结构设计领域，具体涉及一种基于层间 电场 效应的柔性纳米发电机设计方法。所述方法包括如下步骤：（1）压电相 纳米材料 的制备；（2）BTO/有机 聚合物 柔性复合压电 薄膜 的制备；（3）基于层间电场效应的多层复合压电薄膜的制备；（4）基于层间电场效应的多层复合薄膜纳米发电机的制备。该方法具有工艺简单、实用性强、电学性能提高明显，效率高等优点；如总厚度相同的PVDF/BTO复合薄膜，四层的纳米发电机 输出 电压 是一层的纳米发电机输出电压的3~5倍，是一种制备高电学输出的柔性复合压电薄膜基纳米发电机的理想方法。，下面是一种基于层间电场效应的柔性纳米发电机设计方法专利的具体信息内容。
1.一种基于层间电场效应的柔性纳米发电机设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）压电相纳米材料的制备：利用水热法制备BaTiO3纳米粒子；将钛酸四丁酯、乙醇在酸性环境下混合，得到TiO2凝胶；再将醋酸钡与TiO2凝胶混合，调控Ba与Ti的原子比，并用强碱作为该过程的中和剂，在150 300 °C下反应4 8 h，得到BTO分散液溶液，过滤烘干后得到BTO~ ~
纳米粒子粉末；
（2）BTO/有机聚合物柔性复合压电薄膜的制备：将BTO纳米粒子粉末分散于有机溶剂中，得到BTO分散液；将有机聚合物溶解于BTO分散液中，并在真空干燥箱中静置脱除气泡，制得BTO/有机聚合物旋涂液；或者将BTO纳米粒子粉末分散于有机聚合物中，同样制得BTO/有机聚合物旋涂液；用滴管吸取上述BTO/有机聚合物旋涂液，并将其滴在玻璃片上，在匀胶机上以一定的转速和加速度进行旋涂，然后将旋涂后的玻璃片置于加热板上干燥，将复合压电薄膜从玻璃上剥离，得到BTO/有机聚合物柔性复合压电薄膜；所述有机溶剂采用N,N-二甲基甲酰胺DMF或二甲亚砜DMSO；有机聚合物采用聚偏氟乙烯PVDF、聚丙烯腈PAN或聚二甲基硅氧烷PDMS；
（3）基于层间电场效应的多层复合压电薄膜的制备：将步骤（2）所得BTO/有机聚合物柔性复合压电薄膜上下叠压排列，并在上下相邻的复合薄膜之间构筑高介电相层：将高介电相材料置于上下相邻的复合薄膜中间，控制中间介电相层厚度是柔性复合压电薄膜厚度的
1/5 1/25；得到多层BTO/有机聚合物柔性复合压电薄膜；所述高介电相材料包括空气或~
PPE1200薄膜或PVC薄膜或涂覆绝缘的液体胶；
（4）基于层间电场效应的多层复合薄膜纳米发电机的制备：铜片电极分别粘在上述多层BTO/有机聚合物柔性复合压电薄膜最上面和最下面，用PET薄膜作为绝缘层粘附在铜片电极层外，利用锡焊接技术将铜线引出。
2.如权利要求1所述的一种基于层间电场效应的柔性纳米发电机设计方法，其特征在于，步骤（1）中Ba与Ti的原子比为2:1，并用NaOH作为该过程的中和剂；步骤（2）中有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；所述有机聚合物为聚偏氟乙烯；真空脱泡2 h，得到BTO/PVDF/DMF旋涂液；旋涂后将玻璃片置于加热台上，在90 °C条件下加热30 min后，将有机溶剂挥发完全；
用尖头镊子在玻璃片角处将BTO/PVDF/DMF复合薄膜剥离，制得厚度为10 500 μm的BTO/~
PVDF复合薄膜；匀胶机的转速为200 1500 rpm；步骤（3）中高介电相材料为空气。
~
3.如权利要求1所述的一种基于层间电场效应的柔性纳米发电机设计方法，其特征在于，步骤（1）中Ba与Ti的原子比为3:1，并用NaOH作为该过程的中和剂；步骤（2）中有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；所述有机聚合物为聚丙烯腈；真空脱泡2 h，得到BTO/PAN/DMF旋涂液；将旋涂好的复合薄膜的玻璃片置于加热台上，在90 °C条件下加热40 min后，蒸干溶剂；
用尖头镊子在玻璃片角处将BTO/PAN复合薄膜剥离，制得厚度为10 500 μm的BTO/PAN复合~
薄膜，匀胶机的转速为50 1000 rmp；步骤（3）中高介电相材料为2 μm的PVC薄膜。
~
4.如权利要求1所述的一种基于层间电场效应的柔性纳米发电机设计方法，其特征在于，步骤（1）中调控Ba与Ti的原子比为3:1，并用NaOH作为该过程的中和剂；步骤（2）中有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；所述有机聚合物为聚偏氟乙烯；真空脱泡2 h，得到BTO/PVDF/DMF旋涂液；将旋涂好的复合薄膜的玻璃片置于加热台上，在80 °C条件下加热40 min后，蒸干溶剂；用尖头镊子在玻璃片角处将BTO/PVDF/DMF复合薄膜剥离，制得厚度为10 500 μm的~
BTO/PVDF复合薄膜，匀胶机的转速为200 1500 rmp；步骤（3）中高介电相材料为涂覆绝缘~
的液体胶；所述液体胶采用502液体胶或液体硅胶或PP/PE塑料胶或CA-260快干ABS液体胶。
5.如权利要求1所述的一种基于层间电场效应的柔性纳米发电机设计方法，其特征在于，步骤（1）中调控Ba与Ti的原子比为3:1，并用NaOH作为该过程的中和剂；步骤（2）中有机聚合物为纯的PDMS胶体，将制备好的BTO纳米粒子粉末分散到PDMS胶体中，得到BTO/PDMS旋涂液，将BTO/PDMS混合液置于匀胶机上旋涂；将旋涂好的复合薄膜的玻璃片置于加热台上，在70 °C条件下加热50min后，蒸干溶剂；用尖头镊子在玻璃片角处将BTO/PDMS复合薄膜剥离，制得厚度为10 500 μm的BTO/PDMS复合薄膜，匀胶机的转速为50 1000 rmp；步骤（3）~ ~
中高介电相材料为1 μm的 PPE1200薄膜。
一种基于层间电场效应的柔性纳米发电机设计方法
技术领域
背景技术
发明内容
（2）BTO/有机聚合物柔性复合压电薄膜的制备：将BTO纳米粒子粉末分散于有机溶剂中，得到BTO分散液，采用有机溶剂可以有利于有机聚合物溶解；将有机聚合物溶解于BTO分散液中，并在真空干燥箱中静置脱除气泡，可以有效的避免因为旋涂溶液中的小气泡而引起复合薄膜缺陷，制得BTO/有机聚合物旋涂液；或者将BTO纳米粒子粉末分散于有机聚合物中，同样制得BTO/有机聚合物旋涂液；用滴管吸取上述BTO/有机聚合物混合液或BTO分散液，并将其滴在玻璃片上，在匀胶机上以一定的转速和加速度进行旋涂，然后将旋涂后的玻璃片置于加热板上干燥，在加热板上加热一段时间，使有机溶剂充分挥发；将复合压电薄膜从玻璃上剥离，得到BTO/有机聚合物柔性复合压电薄膜；所述有机溶剂采用N,N-二甲基甲酰胺DMF或二甲亚砜DMSO等；有机聚合物采用聚偏氟乙烯PVDF、聚丙烯腈PAN或聚二甲基硅氧烷PDMS等；
（3）基于层间电场效应的多层复合压电薄膜的制备：将步骤（2）所得BTO/有机聚合物柔性复合压电薄膜上下叠压排列，并在上下相邻的复合薄膜之间构筑高介电相层：将高介电相材料置于上下相邻的复合薄膜中间，控制中间介电相层厚度是柔性复合压电薄膜厚度的
1/5 1/25（该厚度可以保证在压电薄膜层间构建层间电场，可以提高多层复合压电薄膜压~
电输出性能）；得到多层BTO/有机聚合物柔性复合压电薄膜；所述高介电相材料包括空气或PPE1200薄膜或PVC薄膜；
（4）基于层间电场效应的多层复合薄膜纳米发电机的制备：铜片电极分别粘在上述多层BTO/有机聚合物柔性复合压电薄膜最上面和最下面，铜片作为纳米纳米发电机的电极，保证电性能输出，用PET薄膜作为绝缘层粘附在铜片电极层外，PET薄膜作为纳米发电机的保护层，防止静电干扰，保证纳米发电机输出的稳定性；最后利用锡焊接技术将铜线引出。
图3 四层BTO/PVDF复合柔性薄膜堆叠结构断面扫描电镜图；
图4 不同基底材料构建的复合纳米发电机电压输出图。
具体实施方式
压电相BTO均匀分散在柔性高聚物基体内，在受到外界的压力时，在柔性薄膜内部会产生偶极子，偶极子诱导电子运动到复合薄膜表面，产生电荷使其有电压输出。总厚度相同的薄膜，以单层或多层的形式存在时，受到的外力相同，以多层形式排布的薄膜，在沿d33方向，两层间的高介电相存在，使其在层与层之间构建层间电场，当层数超过两层时，层间电场相互耦合叠加，使表面电荷增加，输出的电性能增强，机理图如图1所示。
原子比为2:1，并用NaOH作为该过程的中和剂，在200 °C反应8 h，得到BTO分散液溶液，过滤烘干后得到BTO纳米粒子粉末。
机的转速为200 1500 rpm。
~
液，然后将上述混合溶液置于真空干燥箱中脱泡2 h，得到BTO/PAN/DMF旋涂液。
通过调节匀胶机的转速来调控复合薄膜的厚度。
合液，然后将上述混合溶液置于真空干燥箱中脱泡2 h，得到BTO/PVDF/DMF旋涂液。真空脱泡2 h，可以有效的避免因为旋涂溶液中的小气泡而引起复合薄膜缺陷。
机的转速为200 1500 rpm。
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得到BTO/PDMS旋涂液。
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