摩擦发电机的电极的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种摩擦发电机的电极，尤其涉及一种具有嵌合体结构的摩擦发电机的电极。
【背景技术】
[0002]采用纳米技术构建的能量收集和转换装置，在自供电纳米系统中起关键作用，由于其环保、节能、自驱动性质而日益受到广泛关注。随着王中林教授研究组研发的压电纳米发电机首次将机械能转换为电能以来，以压电和摩擦电为基础的不同结构和材料的纳米发电机相继问世。
[0003]但现有的摩擦发电机中电极层与摩擦层为层叠设置结构，即两层材料为平面结构，多采用溅射金属薄层、粘贴导电层或刷涂导电层等，所制备的摩擦发电机电极与摩擦层接触不牢固。另外，由于摩擦发电机的摩擦层与电极层为平面接触，发电效率较低。
[0004]因此，需要寻找一种新型的摩擦发电机电极，以增强电极的牢固程度，提高摩擦发电机的发电性能。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是:克服现有摩擦发电机电极与摩擦层接触不牢固、发电效率低的缺陷，提供了一种摩擦发电机的电极，能够增加电极的牢固程度，并提高摩擦发电机的发电性能和柔韧性。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为一种摩擦发电机的电极，具体为:
[0007]—种摩擦发电机的电极，所述摩擦发电机电极包括多孔电极层和聚合物层，所述多孔电极层与所述聚合物层相互嵌合，形成嵌合体。
[0008]前述的摩擦发电机的电极，所述嵌合为部分嵌合，即多孔电极层的一部分与聚合物层的一部分相互嵌合，形成部分嵌合体。
[0009]前述的摩擦发电机的电极，所述嵌合为完全嵌合，即全部多孔电极层与全部聚合物层相互嵌合，形成完全嵌合体。
[0010]前述的摩擦发电机的电极，所述多孔电极层为多孔金属或其复合多孔体，优选泡沫镍、泡沫铜、泡沫铝、多孔铁、多孔铜或其复合多孔体中的至少一种。
[0011]与现有的摩擦发电机的电极相比，本实用新型的摩擦发电机的电极具有以下优占.
[0012]1)本实用新型摩擦发电机的电极增强了电极的牢固程度，使其不容易脱落。
[0013]2)本实用新型摩擦发电机的电极提高了摩擦发电机的发电性能。
[0014]3)本实用新型摩擦发电机的电极提高了摩擦发电机的柔韧性。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型摩擦发电机电极的一个【具体实施方式】的结构示意图。
[0016]图2是本实用新型摩擦发电机电极的另一个【具体实施方式】的结构示意图。
[0017]图3是本实用新型摩擦发电机电极的嵌合体的截面图。
[0018]图4是本实用新型摩擦发电机电极的制备工艺流程图。
【具体实施方式】
[0019]为了更好的了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图，对本实用新型的一种摩擦发电机的电极设置及其制备方法做进一步详细的描述。
[0020]本实用新型的摩擦发电机的电极包括多孔电极层和聚合物层，多孔电极层与聚合物层相互嵌合，形成嵌合体。
[0021]其中，多孔电极层是具有泡沫状结构或海绵状结构的多孔金属或其复合多孔体，例如可以是市售的泡沫镍、泡沫铜、泡沫铝、多孔铁、多孔铜或其复合多孔体中的一种。
[0022]其中，聚合物层可以是市售的热塑性或者热固性高分子材料，例如可以是市购的PDMS (聚二甲基硅氧烷)、甲基乙烯基硅橡胶、氟硅橡胶、酚醛树脂或硫化橡胶。
[0023]图1是本实用新型摩擦发电机电极的一个【具体实施方式】的结构示意图。如图1所示，本实用新型的摩擦发电机的电极包括多孔电极层1和聚合物层2，多孔电极层1的一部分与聚合物层2的一部分相互嵌合，形成部分嵌合体，多孔电极层1的另一部分和聚合物层2的另一部分均裸露在外。
[0024]图2是本实用新型摩擦发电机电极的另一个【具体实施方式】的结构示意图。如图2所示，本实用新型的摩擦发电机的电极包括多孔电极层与聚合物层，多孔电极层和聚合物层嵌合形成的完全嵌合体。
[0025]图3是本实用新型摩擦发电机电极的嵌合体的截面图。如图3所示，在嵌合体中，多孔电极层与聚合物层相互嵌合，聚合物22包覆多孔电极11，且聚合物22进入多孔电极11的微孔中。
[0026]如图1、图2和图3所示，本实用新型的摩擦发电机的电极设置方式，多孔金属或其复合多孔体整体作为摩擦发电机的电极层并与聚合物层形成良好的结合，一方面增加了电极的牢固程度，使其不容易脱落，另一方面，与平板状电极层相比，由于电极的多孔结构，具有比较大的比表面积，与聚合物层形成更大的接触面积，能够感应更多的电荷；在多孔电极层为泡沫镍的一个【具体实施方式】中，摩擦发电机的发电性能提高了约30 %。
[0027]另外，由于多孔金属本身的多孔结构，使本实用新型的摩擦发电机的电极设置方式比平板结构具有更好的柔韧性，增加了摩擦发电机的整体柔性。
[0028]本实用新型所述结构的电极可以应用于三层(聚合物和摩擦电极的摩擦)、四层(聚合物和聚合物的摩擦)、五层(居间薄膜摩擦发电机和居间电极发摩擦电机)、弹簧、拱形、金属氧化物和聚合物等纳米摩擦发电机的结构中。
[0029]另一方面，如图4所示，本实用新型的摩擦发电机电极的制备方法，包括以下步骤:
[0030](1)在具有微结构的模板表面刷涂第一聚合物层，并进行除气处理；
[0031]其中，所述模板是本领域常规使用的具有微结构的模板，例如可以是硅模板、玻璃、金属、有机玻璃等；所述微结构为微纳凹凸结构，凸起高度为50?3000nm的凹凸结构；所述除气处理通过抽真空进行。
[0032]本实用新型所用聚合物可以是市售的热塑性或者热固性高分子材料，例如可以是市购的PDMS (聚二甲基硅氧烷)、甲基乙烯基硅橡胶、氟硅橡胶、酚醛树脂或硫化橡胶。
[0033]所述聚合物层是将高分子材料和固化剂混匀后得到的浆料，或者是将高分子材料和固化剂混匀后溶于有机溶剂中配成的浆料，根据选择的高分子材料类型，选择合适的固化剂类型和有机溶剂类型。
[0034]高分子材料可以是PDMS ;将PDMS与固化剂混合均匀后溶于有机溶剂中，搅拌搅拌均匀，配成浆料；所述有机溶剂为正己烷、环己烷、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯或乙酸丁酯；优选PDMS浆料中固体(混合物)与有机溶剂的质量比为1:20 ;所述固化剂为硫化剂，如市购的道康宁184，此时高分子材料与固化剂的重量比为5:1?20:1，优选10:1 ;固化温度为60?120°C ;优选在搅拌过程中可以伴随加热。
[0035]高分子材料PDMS本身是液态的，也可以不需要使用有机溶剂，仅将固化剂添加到高分子材料中即可，高分子材料与固化剂的重量比为5:1?20:1，优选10:1。
[0036]同样地，高分子材料也可以是液态的酚醛树脂，包括苯酚醛树脂、甲醛树脂；固化剂可以是脂环族多胺、叔胺、咪唑类以及三氟化硼络合物等；固化温度为60?120°C。
[0037]高分子材料还可以是液态的甲基乙烯基硅橡胶或氟硅橡胶；固化剂可以是正硅酸乙酯或有机锡；固化温度为60?120°C。
[0038]高分子材料还可以是硫化橡胶，则刷涂过程中的聚合物浆料是能用硫磺或过氧化物交联的橡胶和硫磺或过氧化物的混合物。则本实用新型的电极是在橡胶硫化的过程中将多孔金属与硫化橡胶进行嵌合得到的。
[0039]所述刷涂米用涂布机进彳丁刷涂。
[0040]所述涂布机包括机架，设置于机架上的刮刀，涂布辊轮，背辊轮以及浆料容纳器；其中，涂布辊轮和背辊轮同排平行设置且同向移动，浆料容纳器与涂布辊轮连接，刮刀设于涂布辊轮上方，与涂布辊轮表面留有间隙；基材绕背辊轮运行。该涂布机可以市购得到，例如TB-800型硅油涂布机。
[0041]涂布过程中，通过调整刮刀与涂布辊轮的间隙，调节浆料从浆料容纳器运送到涂布辊轮的量。
[0042]涂布过程中，涂布辊轮的转速是10?120m/min，背辊轮转速是10?120m/min。
[0043](2)将表面平整的多孔电极层裁切成目标尺寸，并粘接电极引线。
[0044]优选对多孔电极层进行压平处理使其厚度达到目标厚度，并使其表面平整；所述压平处理采用对辊机进行。
[0045]所述多孔电极层达到的目标尺寸等于或者略小于成型后的聚合物层的尺寸。当聚合物层包覆多孔电极层时，多孔电极层的尺寸小于聚合物层的尺寸，其中聚合物层的尺寸和摩擦发电机的尺寸一样。例如，当所要求得到的摩擦发电机尺寸为6.3cmX4.3cm时，聚合物层的尺寸可以是6.3cmX4.3cm，而多孔电极层的尺寸可以是6.3cmX4.3cm，也可以略小于 6.3cmX4.3cm0
[0046]所述多孔电极达到的目标厚度为250?300 μ m。
[0047](3)将多孔电极层贴合在聚合物层表面，并进行固化处理。
[0048]其中，所述固化是对涂有聚合物层的模板进行加热处理，一般是在烘箱中进行；根据选择的高分子材料类型和固化剂类型，应当选择适当的固化温度，一般为60?120°C。
[0049](4)从模板表面将聚合物层/电极层复合膜起膜。
[0050]所述起膜采用本领域常规方法进行。
[0051]进一步地，将步骤(1)中经过除气处理后的刷涂有第一聚合物层的模板放入烘箱中进行固化处理，在贴合多孔电极层之前，在已固化的第一聚合物层表面刷涂第二聚合物层，然后将经过步骤(2)处理后的多孔电极层贴合在第二层聚合物层表面，借助聚合物层的粘黏特性，多孔电极层贴附在聚合物层表面，然后放入烘箱固化。
[0052]更进一步地，在进行步骤(4)之前，在固化后的多孔电极层上刷涂第三聚合物层，并进行抽真空除气处理，使表面的聚合物层渗透进多孔电极层中，然后放入烘箱固化，使两者嵌合为一体。
[0053]或者，进一步地，将步骤(1)中经过除气处理后的刷涂有第一聚合物层的模板放入温度为60?120°C的烘箱中1?lOmin进行半固化处理，然后将经过步骤(2)处理后的多孔电极层贴合在半固化的聚合物层表面，优选放入烘箱固化。
[0054]更进一步地，在进行步骤(4)之前，在固化后的多孔电极层上刷涂第二聚合物层，并进行抽真空除气处理，使表面的聚合物层渗透进多孔电极层中，然后放入烘箱固化，使两者嵌合为一体。
[0055]再者，进一步地，将步骤(1)中经过除气处理后的刷涂有第一聚合物层的模板不进行固化处理，直接将经过步骤(2)处理后的多孔电极层贴合在第一聚合物层表面，并在空气中静置1?lOmin，使底层的聚合物层在毛细现象作用下渗透入多孔电极层中，然后放入烘箱固化，使两者嵌合为一体。
[0056]在一个【具体实施方式】中，本实用新型的摩擦发电机电极的制备方法为:
[0057](1)将固化剂溶于聚合物中，搅拌均匀，配成聚合物浆料；
[0058]所述聚合物为PDMS ;所述固化剂为硫化剂，如市购的道康宁184，此时聚合物与固化剂的重量比为5:1?20:1，优选10:1 ;固化温度为60?120。。;
[0059](2)在具有微纳凹凸结构的模板表面上刷涂第一聚合物层，抽真空除气并放入温度为60?120°C的烘箱中固化；
[0060](3)