具有高输出性能的纤维素基纳米摩擦发电机及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114221573A(43)申请公布日2022.03.22(21)申请号202210025437.5(22)申请日2022.01.11(71)申请人四川大学地址610065四川省成都市一环路南一段24号(72)发明人尹波罗宸邵艳喻华马鸿志杨鸣波(74)专利代理机构成都点睛专利代理事务所(普通合伙)51232代理人刘文娟(51)Int.Cl.H02N1/04(2006.01)H01B1/12(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称具有高输出性能的纤维素基纳米摩擦发电机及其制备方法(57)摘要本发明属于材料领域，具体涉及一种纤维素基的摩擦纳米发电机及其制备方法。本发明提供一种纤维素基纳米摩擦发电机，所述摩擦发电机包括正极材料、负极材料和电极材料，其中，所述正极材料的组分包括细菌纤维素和羟乙基纤维素。本发明首次提出了一种摩擦摩擦纳米发电机用纤维素基正极材料，同时也是首次提出了一种简单物理共混法调控摩擦材料的表面功函数来提高摩擦纳米发电机输出性能的方法。本发明制备的纳米摩擦发电机正极薄膜在制备过程中仅采用去离子水进行溶解，具备良好的生物相容性和可降解性；引入的羟乙基纤维素可以降低细菌纤维素薄膜的表面功函数，可以在保留细菌纤维素优点的同时大大提高制备得到的摩擦纳米发电机的输出性能。CN114221573ACN114221573A权利要求书1/1页1.一种纤维素基纳米摩擦发电机，所述摩擦发电机包括正极材料、负极材料和电极材料，其特征在于，所述正极材料的组分包括细菌纤维素和羟乙基纤维素。2.根据权利要求1所述的纤维素基纳米摩擦发电机，其特征在于，所述摩擦发电机中，细菌纤维素和羟乙基纤维素的比例为：细菌纤维素40～90重量份，羟乙基纤维素10～60重量份。3.根据权利要求1或2所述的纤维素基纳米摩擦发电机，其特征在于，所述正极材料为细菌纤维素和羟乙基纤维素复配然后成膜得到的细菌纤维素/羟乙基纤维素复合膜。4.根据权利要求1～3任一项所述的纤维素基纳米摩擦发电机，其特征在于，所述细菌纤维素/羟乙基纤维素复合膜的厚度为0.015～0.060mm。5.根据权利要求1～4任一项所述的纤维素基纳米摩擦发电机，其特征在于，所述细菌纤维素/羟乙基纤维素复合膜采用下述方法制得：将羟乙基纤维素、细菌纤维素和水搅拌混匀得混合物水溶液；所得混合物水溶液成膜即得细菌纤维素/羟乙基纤维素复合膜。6.根据权利要求5所述的纤维素基纳米摩擦发电机，其特征在于，所述细菌纤维素/羟乙基纤维素复合膜的制备方法为：先将羟乙基纤维素水溶液和细菌纤维素水溶液搅拌混合均匀得混合物水溶液；再将混合物水溶液通过抽滤制得复合膜；最后干燥即得细菌纤维素/羟乙基纤维素复合膜。7.根据权利要求6所述的纤维素基纳米摩擦发电机，其特征在于，所述羟乙基纤维素水溶液的质量浓度为0.5g/L～3.0g/L；进一步，所述细菌纤维素水溶液的质量浓度为0.57g/L～1.29g/L。8.权利要求1～7任一项所述纤维素基纳米摩擦发电机的制备方法，所述制备方法为：将所述正极材料、负极材料分别与电极材料连接得到摩擦正极膜、摩擦负极膜；然后将摩擦正极膜和摩擦负极膜正面相对粘贴；最后用绝缘材料封装即可。9.一种提高细菌纤维素表面功函数的方法，其特征在于，所述方法为：在细菌纤维素中加入羟乙基纤维素。10.根据权利要求9所述的提高细菌纤维素表面功函数的方法，其特征在于，细菌纤维素和羟乙基纤维素的比例为：细菌纤维素40～90重量份，羟乙基纤维素10～60重量份。2CN114221573A说明书1/5页具有高输出性能的纤维素基纳米摩擦发电机及其制备方法技术领域[0001]本发明属于材料领域，具体涉及一种纤维素基的摩擦纳米发电机及其制备方法。背景技术[0002]摩擦纳米发电机是一种能够将生活中无处不在的微小低频(<5Hz)机械能转化为电能的装置，从2012年被首次制备出来后，得到了科学界的广泛关注。摩擦纳米发电机基于摩擦生电和静电感应两个经典的物理学现象可以实现机械能到电能的转换。由于不同材料具有不同的电子的亲和能力，当材料发生接触摩擦时就能够产生摩擦生电现象。同时，材料的得失电子能力相差越大，在材料接触分离过程中转移的电子也就越多。[0003]但是现有的摩擦纳米发电机依然面临许多挑战，如何提高其输出性能一直被研究者们重点关注。目前，在提高输出性能方面虽然有大量工作：通过在摩擦材料表面构建微纳结构提高表面接触面积；通过化学改性使材料得失电子的能力更具差异化；引入导电层和储能层，减少摩擦过程中电荷损失等等。但是这些改性方法本身也存在很多需要解决的问题。例如在材料表面构建微纳结构需要专业的仪器或者长时间的溶剂刻蚀；化学改性过程复杂，不适