一种声控挤压式发电薄膜及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于压电薄膜发电技术领域，具体地来讲为一种声控挤压式发电薄膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002]火车在铁轨行驶时，车轮与铁轨存在相互作用，在此过程中，有相当一部分能力消耗，该部分能量可以进行回收，并加以利用。特别是火车在行进间可以发出呜呜呜的轰鸣声，ZnO纳米线可以在大于100分贝的基础上，靠声音发电。而当前节能减排的重点在于实现技术节能，由于压电材料与声控纳米线材料具有优良的特性，国内外对压电材料与声控纳米线材料的研究较多。因对压电发电技术的研究较少，故压电发电技术必将成为未来的发展趋势，然而压电材料与声控纳米线材料具有产生电量少，且不连续等难题，发的电很难全部导出，由于传统导电电极的缺点，消耗了大量压电材料与声控纳米线材料发出的电。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题在于提供一种声控挤压式发电薄膜，另一方面提供了一种声控挤压式发电薄膜的制备方法，解决压电材料与声控材料具有产生电量少，且不连续等难题，发的电很难全部导出的问题。
[0004]本发明是这样实现的，
[0005]本发明提供了一种声控挤压式发电薄膜，该薄膜从底层到上层依次包括金属不锈钢板、第一金属银电极、第一石墨烯导电薄膜、第一ZnO纳米线，偏聚氟乙烯压电薄膜、第二ZnO纳米线、第二石墨稀导电薄膜以及第二金属银电极。
[0006]本发明还提供了一种声控挤压式发电薄膜的制备方法，该方法包括:在金属不锈钢板衬底依次制备第一金属银电极、第一石墨烯导电薄膜、第一 ZnO纳米线、偏聚氟乙烯压电薄膜、第二 ZnO纳米线、第二石墨烯导电薄膜以及第二金属铝银电极。
[0007]进一步地，在不锈钢板衬底采用磁控溅射沉积第一金属银电极，其工艺参数条件是:采用氩气作为气体反应源，其氩气流量为30?50sccm，反应溅射银金属靶材的纯度为99.99%,衬底温度为50°C?150°C，沉积时间为3?1分钟。
[0008]进一步地，采用PECVD制备第一石墨烯导电薄膜;其工艺参数条件是:甲烷和氢气作为混合气体反应源，按照体积比，混合气体反应源中甲烷和氢气的比例为:3: 2?4:1，另外通入氢气作为反应源，甲烷和氢气作为混合气体反应源流量为30?lOOsccm，氢气作为反应源流量为50sccm，衬底温度为50°C?100°C，沉积时间为3?10分钟。
[0009]进一步地，制备第一ZnO纳米线，其工艺参数条件是:采用氩气作为气体反应源，氩气流量为30?50sccm，反应溅射ZnO靶材的纯度为99.99%，衬底温度为50°C?150°C，沉积时间为3?1分钟。
[0010]进一步地，偏聚氟乙烯压电薄膜的制备，由偏氟乙烯通过悬浮聚合或乳液聚合而成，薄膜厚度为800nm到1200nmo[0011 ]进一步地，制备第二 ZnO纳米线，其工艺参数条件是:采用氩气作为气体反应源，其氩气流量为30?50sccm，反应溅射ZnO靶材的纯度为99.99%，衬底温度为50°(3?150°(3，沉积时间为3?1分钟。
[0012]进一步地，采用PECVD技术制备第二石墨烯导电薄膜;其工艺参数条件是:甲烷和氢气作为混合气体反应源，按照体积比，混合气体反应源中甲烷和氢气的比例为:3:1?2:1，另外通入单独氢气作为反应源，其甲烷和氢气作为混合气体反应源流量为10?20sccm，单独氢气作为反应源流量为lOsccm，衬底温度为50°C?100°C，沉积时间为3?10分钟。
[0013]进一步地，制备第二金属银电极，采用磁控溅射制备，其工艺参数条件是:采用氩气作为气体反应源，其氩气流量为30?60sccm，反应溅射银金属靶材的纯度为99.99%，衬底温度为40°C?120°C，沉积时间为3?1分钟。
[0014]本发明与现有技术相比，有益效果在于:本发明把压电材料发电技术与声控材料发电技术使之与超级导体石墨烯相结合实现发电，由于石墨烯超导体的特征，极大程度的导出了所有的电荷，解决了压电材料与声控材料发电率低，不易导出等难题。为压电材料与声控材料发电，为节能减排作出重大的贡献。该发电器件具有优异的压电性能与声控发电性能，挤压材料或者声音大约100分贝就能发电，不受天气与环境限制，具有潜在的市场空间。而且制备工艺简单，可实现规模生产。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的制备方法流程图；
[0016]图2为实施例3中的ZnO纳米线的SEM图谱；
[0017]图3为实施例3中的ZnO纳米线的AFM图谱。
【具体实施方式】
[0018]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0019]本发明中制备的ZnO纳米线表面形貌采用日本JEOL公司生产的JSM-6360LV型扫描电镜分析样品的表面形貌和晶体形态，其加速电压为0.5?30kV，高真空模式下的二次电子分辨率为3nm，低真空模式下的二次电子分辨率为4nm，放大倍数为8?30万倍。
[0020]本发明利用的原子力显微镜(AFM)的型号是Picoscan 2500，产于Agilent公司。在正常室温的测试条件下对薄膜样品的形貌进行了测试与分析。
[0021]实施例1
[0022]参见图1的流程，将金属不锈钢板衬底基片先用用离子水超声波清洗5分钟后，用氮气吹干送入磁控溅射反应室，在8.0 X 10—4Pa真空的条件下，沉积制备第一金属银电极。其工艺参数条件是:采用氩气作为气体反应源，其氩气流量为50sCCm，反应溅射银金属靶材的纯度为99.99%,衬底温度为150°C，沉积时间为1分钟。
[0023]采用PECVD技术制备第一石墨烯导电薄膜;其工艺参数条件是:甲烷和氢气作为混合气体反应源，按照体积比，混合气体反应源中甲烷和氢气的比例为:3:2，另外通入其单独氢气作为反应源，其甲烷和氢气作为混合气体反应源流量为lOOsccm，其单独氢气作为反应源流量为50sccm，衬底温度为100°C，沉积时间为10分钟。
[0024]制备第一ZnO纳米线薄膜材料，其工艺参数条件是:采用氩气作为气体反应源，其氩气流量为50SCCm，反应溅射ZnO靶材的纯度为99.99%,衬底温度为150°C，沉积时间为10分钟。
[0025]取出反应样品制备偏聚氟乙烯(PVDF)薄膜，由偏氟乙烯通过悬浮聚合或乳液聚合而成，反应方程式如下所示:CH2 = CF2-(CH2CF2) n。薄膜厚度为1200nm。
[0026]制备第二ZnO纳米线薄膜材料，其工艺参数条件是:采用氩气作为气体反应源，其氩气流量为50SCCm，反应溅射ZnO靶材的纯度为99.99%,衬底温度为150°C，沉积时间为10分钟。
[0027]采用PECVD技术制备第二石墨烯导电薄膜;其工艺参数条件是:甲烷和氢气作为混合气体反应源，按照体积比，混合气体反应源中甲烷和氢气的比例为:3:1，另外通入其单独氢气作为反应源，其甲烷和氢气作为混合气体反应源流量为20sccm，其单独氢气作为反应源流量为I Osccm，衬底温度为100C，沉积时间为1分钟。
[0028]制备第二金属银电极，采用磁控溅射制备，其工艺参数条件是:采用氩气作为气体反应源，其氩气流量为60SCCm，反应溅射银金属靶材的纯度为99.99%,衬底温度为120°C，沉积时间为10分钟。
[0029]实施例2
[0030]将金属不锈钢板衬底基片先用用离子水超声波清洗5分钟后，用氮气吹干送入磁控溅射反应室，在8.0 X 10—4Pa真空的条件下，沉积制备第一金属银电极。其工艺参数条件是:采用氩气作为气体反应源，其氩气流量为40sccm，反应溅射银金属靶材的纯度为99.99%,衬底温度为100C，沉积时间为7分钟。
[0031]采用PECVD技术制备第一石墨烯导电薄膜;其工艺参数条件是:甲烷和氢气作为混合气体反应源，按照体积比，混合气体反应源中甲烷和氢气的比例为:4:1，另外通入其单独氢气作为反应源，其甲烷和氢气作为混合气体反应源流量为70sccm，其单独氢气作为反应源流量为50sccm，衬底温度为60°C，沉积时间为8分钟。
[0032]制备第一ZnO纳米线薄膜材料，其工艺参数条件是:采用氩气作为气体反应源，其氩气流量为40SCCm，反应溅射ZnO靶材的纯度为99.99%，衬底温度为100°C，沉积时间为8分钟。
[0033]取出反应样品制备偏聚氟乙烯(PVDF)薄膜，由偏氟乙烯通过悬浮聚合或乳液聚合而成，反应方程式如下所示:CH2 = CF2-(CH2CF2) n。薄膜厚度为I OOOnm。
[0034]制备第二ZnO纳米线薄膜材料，其工艺参数条件是:采用氩气作为气体反应源，其氩气流量为40SCCm，反应溅射ZnO靶材的纯度为99.99%，衬底温度为100°C，沉积时间为8分钟。
[0035]采用PECVD技术制备第二石墨烯导电薄膜;其工艺参数条件是:甲烷和氢气作为混合气体反应源，按照体积比，混合气体反应源中甲烷和氢气的比例为:2:1，另外通入其单独氢气作为反应源，其甲烷和氢气作为混合气体反应源流量为15sccm，其单独氢气作为反应源流量为I Osccm，衬底温度为70°C，沉积时间为7分钟。
[0036]制备第二金属银电极，采用磁控溅射制备，其工艺参数条件是:采用氩气作为气体反应源，其氩气流量为45SCCm，反应溅射银金属靶材的纯度为99.99%，衬底温度为80°C，沉积时间为8分钟。
[0037]实施例3
[0038]将金属不锈钢板衬底基片先用用离子水超声波清洗5分钟后，用氮气吹干送入磁控溅射反应室，在8.0X 10—4Pa真空的条件下，沉积制备金属银电极。其工艺参数条件是:采用氩气作为气体反应源，其氩气流量为35SCCm，反应溅射银金属靶材的纯度为99.99 %，衬底温度为130°C，沉积时间为6分钟。
[0039]采用PECVD技术制备第一石墨烯导电薄膜;其工艺参数条件是:甲烷和氢气作为混合气体反应源，按照体积比，混合气体反应源中甲烷和氢气的比例为:1:1，另外通入其单独氢气作为反应源，其甲烷和氢气作为混合气体反应源流量为60sccm，其单独氢气作为反应源流量为50sccm，衬底温度为75°C，沉积时间为6分钟。
[0040]制备第一Zn