铜基非晶态合金及其制备方法、摩擦纳米发电组件以及摩擦纳米发电机

本申请属于摩擦纳米发电，具体涉及一种铜基非晶态合金及制备方法、摩擦纳米发电组件以及摩擦纳米发电机。

背景技术：

1、能源问题一直是人类社会关注的热点问题之一，随着化石能源不断消耗，开发绿色的新能源变得越发紧迫。摩擦纳米发电机因其制造成本低、结构简单、灵活性高、应用范围广等优点获得快速的发展，可以收集环境中废弃或者忽视的低频机械能将其转化成电能，实现了能量供给微型性、持久性和实时性的目标，以满足人们日常生产生活的需求。摩擦纳米发电机中的摩擦材料一般包括：绝缘材料，半导体材料和金属材料。

2、相关技术中，以金属材料铜作为电极的性能无法满足技术发展的需要，仍有待改进。

技术实现思路

1、鉴于此，本申请提供一种铜基非晶态合金及制备方法、摩擦纳米发电组件以及摩擦纳米发电机，旨在提供一种能量转换效率和传导电荷效率更高的材料。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种铜基非晶态合金，包括通式(1)表示的化合物，

3、zracu1-a-balb(1)，

4、其中，a，b，1-a-b分别表示质量百分含量；

5、a选自45％-46.5％或50％-51.6％，

6、b选自10％-10.4％、15％-15.8％或20％-20.4％，

7、1-a-b＞0。

8、根据本申请的一方面的实施例，铜基非晶态合金满足下列条件中的任意一种：

9、a为45％-46.5％，b为15％-15.8％，1-a-b的范围为37.8％-40％；

10、a为45％-46.5％，b为20％-20.4％，1-a-b的范围为33.1％-35％；

11、a为50％-51.6％，b为10％-10.4％，1-a-b的范围为37.8％-40％。

12、根据本申请的一方面的实施例，铜基非晶态合金满足下列条件中的至少一种：

13、铜基非晶态合金的磨损系数＜0.1，可选为0.05；

14、铜基非晶态合金的原子密度为5.62×1022-5.9×1022个/cm3，可选为5.5×1022-5.83×1022个/cm3；

15、铜基非晶态合金的摩擦系数＜0.2；

16、铜基非晶态合金的表面硬度为6-8gpa。

17、第二方面，本申请实施例提供了第一方面的铜基非晶态合金的制备方法，包括：

18、提供含金属单质锆、金属单质铜和金属单质铝的混合物，

19、其中，基于混合物的总重，混合物包括：质量百分数为a金属单质锆、质量百分数为1-a-b金属单质铜和质量百分数为b金属单质铝，a选自45％-46.5％或50％-51.6％，b选自10％-10.4％、15％-15.8％或20％-20.4％，1-a-b＞0；

20、在真空密闭的条件下通入惰性气体，使混合物预熔以便使其混合均匀，后使经预熔的混合物进行熔化，经冷却以得到铜基非晶态合金。

21、根据本申请的一方面的实施例，制备方法至少满足下列条件中至少一项：

22、在真空度为0.8atm的条件下，使混合物预熔至少5次；

23、预熔的温度为1600-2000℃；

24、在真空度为7×10-4 -8×10-4pa的条件下，使经预熔至少5次的混合物进行熔化；

25、熔化的温度为1600-2000℃。

26、第三方面，本申请实施例提供了一种摩擦纳米发电组件，包括：

27、第一摩擦层；

28、第一导电元件，接触设置于第一摩擦层下方；

29、第二摩擦导电元件，包含第一方面的铜基非晶态合金、第二方面的制备方法制得的铜基非晶态合金中的至少一种；

30、在没有外力作用时，第一摩擦层的第一表面与第二摩擦导电元件的第二表面相对分离或接触放置；

31、在外力的作用下，第一摩擦层的第一表面和第二摩擦导电元件的第二表面接触放置并相对摩擦，并通过第一导电元件和第二摩擦导电元件向外电路输出电信号。

32、根据本申请的一方面的实施例，第一导电元件包含第一方面的铜基非晶态合金、第二方面的制备方法制得的铜基非晶态合金中的至少一种。

33、根据本申请的一方面的实施例，第一表面包含氟化乙丙烯、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、尼龙6、聚碳酸酯中至少一种。

34、第四方面，本申请实施例提供了一种摩擦纳米发电机，包括第三方面的摩擦纳米发电组件。

35、根据本申请的一方面的实施例，摩擦纳米发电机选自垂直接触分离模式摩擦纳米发电机、水平滑动模式摩擦纳米发电机和类晶体管结构摩擦纳米发电机中任意一种。

36、与现有技术相比，本申请至少具有以下有益效果：

37、本申请提供的铜基非晶态合金，由特定质量百分数的锆、铜和铝构成，一方面，铜基非晶态合金作为摩擦材料，具有容易失去电子的摩擦电特性，由于原子间结构松散且不存在晶界，摩擦起电效率高；此外，其摩擦系数和磨损系数较低，适宜作为摩擦材料，可以由摩擦产生电荷；另一方面，铜基非晶态合金作为导电材料，由于与摩擦材料直接相连，与摩擦材料的部分同质，可以较好地传导由摩擦产生的电荷，导电效率高；相比金属铜作为电极的摩擦纳米发电机电荷高出35.2％，使摩擦纳米发电机实现了15mw·m-2的瞬时功率密度。

技术特征：

1.一种铜基非晶态合金，包括通式(1)表示的化合物，

2.根据权利要求1所述的铜基非晶态合金，其特征在于，所述铜基非晶态合金满足下列条件中的任意一种：

3.根据权利要求1所述的铜基非晶态合金，其特征在于，所述铜基非晶态合金满足下列条件中的至少一种：

4.一种铜基非晶态合金的制备方法，包括：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少满足下列条件中至少一项：

6.一种摩擦纳米发电组件，包括：

7.根据权利要求6所述的摩擦纳米发电组件，其特征在于，

8.根据权利要求6所述的摩擦纳米发电组件，其特征在于，所述第一表面包含氟化乙丙烯、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、尼龙6、聚碳酸酯中至少一种。

9.一种摩擦纳米发电机，包括权利要求6-8中任意一项所述的摩擦纳米发电组件。

10.根据权利要求9所述的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述摩擦纳米发电机选自垂直接触分离模式摩擦纳米发电机、水平滑动模式摩擦纳米发电机和类晶体管结构摩擦纳米发电机中任意一种。

技术总结
本申请公开了一种铜基非晶态合金及其制备方法、摩擦纳米发电组件以及摩擦纳米发电机，铜基非晶态合金，包括通式(1)表示的化合物，Zr<subgt;a</subgt;Cu<subgt;1‑a‑b</subgt;Al<subgt;b</subgt;(1)，其中，a，b，1‑a‑b分别表示质量百分含量；a选自45％‑46.5％或50％‑51.6％，b选自10％‑10.4％、15％‑15.8％或20％‑20.4％，1‑a‑b＞0。铜基非晶态合金摩擦起电效率高，相比金属铜作为电极的摩擦纳米发电机电荷高出35.2％，使摩擦纳米发电机实现了15MW·m<supgt;‑2</supgt;的瞬时功率密度。

技术研发人员：夏欣,訾云龙,周子清,杨勇
受保护的技术使用者：香港科技大学（广州）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13