一种皮革基摩擦纳米发电机及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115833645A(43)申请公布日2023.03.21(21)申请号202211514128.0(22)申请日2022.11.30(71)申请人陕西科技大学地址710021陕西省西安市未央大学城(72)发明人高党鸽李楠郑驰吕斌李欢马建中(74)专利代理机构西安新思维专利商标事务所有限公司61114专利代理师李罡(51)Int.Cl.H02N1/04(2006.01)H02K15/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页(54)发明名称一种皮革基摩擦纳米发电机及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种皮革基摩擦纳米发电机及其制备方法，主要技术特点为利用具有多层级结构的皮革为柔性基底，采用制革湿加工与真空抽滤技术，首先选用具有官能团可设计性的三维纳米材料笼型倍半硅氧烷(POSS)和金属盐协同对皮胶原纤维氨基化改性，在其内部及表面构建高效的电子传输通道，得到摩擦电正性皮革；进而以聚合物薄膜为摩擦电负性薄膜摩擦层，并在摩擦电正性皮革和摩擦电负性薄膜摩擦层的背面设有电极材料，构筑皮革基摩擦纳米发电机。本发明所制备的摩擦纳米发电机开路电压可达336V，能够应用在柔性可穿戴传感器件、能量收集与转化等领域。CN115833645ACN115833645A权利要求书1/1页1.一种皮革基摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：对皮胶原纤维内部处理，构建高效的电子传输通道；步骤二：对皮胶原纤维氨基化处理，增强表面极化程度，得到摩擦电正性皮革；步骤三：以聚合物薄膜为摩擦电负性薄膜摩擦层，在步骤二所得摩擦电正性皮革的肉面层和摩擦电负性薄膜摩擦层的背面分别形成电极，构筑皮革基摩擦纳米发电机。2.根据权利要求1所述的皮革基摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于：步骤一具体为：将皮胶原纤维浸入重量为其200%~250%的氯化钠溶液中，氯化钠溶液浓度为6~8w%，采用甲酸溶液调节溶液pH至2.0~3.0，加入金属盐碱式硫酸铬震荡2~4h，震荡结束后使用碳酸氢钠溶液缓慢调节溶液pH至3.0~4.0，再震荡1~2h，得到金属盐预处理后的皮胶原纤维。3.根据权利要求1所述的皮革基摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于：步骤二具体为：首先，将经步骤一预处理后的皮胶原纤维浸入重量为其200%~250%的氯化钠溶液中，氯化钠溶液浓度为6~8w%，调节pH至4.5，加入氨基化POSS震荡1~2h，震荡结束后使用甲酸溶液缓慢调节pH至3.0，再震荡1h，静置过夜，次日水洗，自然干燥，然后，配置氨基化POSS抽滤液，经超声处理后，通过真空抽滤技术将氨基化POSS抽滤液负载到上述自然干燥后的皮胶原纤维上，得到摩擦电正性皮革。4.根据权利要求2所述的皮革基摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于：步骤一中的金属盐还可以为硫酸锆、硫酸铝或硫酸氧钛中的一种。5.根据权利要求1‑4所述的任一种皮革基摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于：步骤三中摩擦电负性薄膜和电极材料选择现有的摩擦发电机的负极材料和电极材料，如负极材料可以选择聚偏氟乙烯膜，电极材料可以选择铜胶带。6.如权利要求1‑5任一所述制备方法制得的一种皮革基摩擦纳米发电机。2CN115833645A说明书1/3页一种皮革基摩擦纳米发电机及其制备方法技术领域[0001]本发明属于摩擦纳米发电机技术领域，涉及一种皮革基摩擦纳米发电机及其制备方法。背景技术[0002]随着柔性可穿戴设备的快速发展以及能源危机问题的加剧，多功能自供电柔性传感器应运而生。摩擦电纳米发电机(TENG)作为一种基于接触起电和静电感应的新型传感器，在自供电传感、微纳米电源、蓝色能量等领域具有广阔的应用前景。但目前的摩擦纳米发电机多选用合成高分子作为摩擦材料，存在生物相容性差和生物降解性低的缺陷。尤其是使用聚合物材料制备的可穿戴电子设备在与人体皮肤长期接触后，可能会引起瘙痒和炎症。[0003]鉴于上述原因，寻找一种绿色天然、生物相容性好、可降解的新型摩擦材料制备高性能TENG是摩擦纳米发电机领域重要的研究方向之一。于海东团队设计了一种基于鱼明胶薄膜的摩擦纳米发电机，开路电压达到了125V，可用于收集机械能并将其转换为电能。聂双喜团队利用纤维素上丰富的羟基，采用化学反应的方法将具有更强的供电子基团引入到纤维素纳米纤丝中，发明了一种富氧基团改性的纤维素纳米纤丝基摩擦纳米发电机，开路电压可提高50～300％，达到120V。这些成果显示了生物质材料作为监测人体运动的基质具有极大发展潜力。[0004]皮胶原纤维是一种具有本征微纳结构的天然高分子，其卫生性能佳、力学性能高，长期以来一直被用于制造皮衣、皮鞋和手套等可穿戴产品，可批量生产，非常契合柔性可穿戴电子领域对基底材料的要求。多面体低聚倍半