一种制造月球车自供能压电轮胎的方法与流程

本发明涉及月球车，尤其是涉及一种制造月球车自供能压电轮胎的方法。

背景技术：

月球车是一项技术复杂、要求严格的研究开发任务，除了要突破、掌握同机器人相关的轻型机械、机构、遥操作、自主导航和机械臂等技术外，更重要的是要在按航天器的规范与标准研制管理上多下功夫。相比于有人驾驶的月球车，无人月球车无疑能工作的更久，探索的范围更广，但是也面临着能源不够就停滞的问题。所以急需设计研发一种自功能体系来补充月球车运转所需能量。

自供能也称为能量采集，就是将环境中其他形式的能量转化为电能，为电子系统供能。自供能不需简要通常的化学电池或电力电源。可以长期不断地得到电能，对电子系统的应用和发展将产生深远影响。自供能的关键是选取传感器和电子系统所处环境的合适能源和转化方式，使其具有足够的输出功率提供给电子系统。自供电技术的发展与其应用环境和能量供给方式密切相关，不同自供电技术的供能水平也参差不齐。

对于自供能领域，压电发电显然是一种环保高效的发电方式。压电材料的晶体结构使其具有正压电效应和逆压电效应。即将机械能转化成电能，和将电能转化为机械能。正压电效应指的是某些电介质材料沿极化方向上受力而产生形变时，其内部产生正负电荷中心分离，同时在它的两个相对表面出现极性相反的感应电荷的现象。当作用力的放心发生反转时，表面感应电荷的极性也随之改变。逆电压效应指的是在某些电介质材料的极化方向上施加电场时，其会沿着电场方向发生形变的现象，电场去掉后，形变随之消失。具有正电压效应的电介质材料必然具有逆电压效应，反之亦然。在1996年，日本的mikioumeda研究了利用电容来储存来自压电发电装置发出电量。在1998年，美国科学家jhonkymissis进行了压电发电装置电容储能电路的深入研究，并设计了一专门为微电子设备功能的电容储能电路。

太阳能在可预测的时间范围内是一种取之不尽用之不竭的可再生能源，具有分布广泛、储量丰富、易于开发、环境友好等重要优势，收到了广泛的关注。太阳能电池作为哟中利用半导体的“光伏效应”将太阳能转换为电能的光电器件，今年来发展迅速，已成为最具有发展潜力的能源研究领域。今年来，有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池为代表的新型薄膜太阳能电池发展迅速，其具有材料丰富、工艺简单、成本低廉、重量轻且可制成柔性器件等优点，已成为科研界与产业界研究热点。

技术实现要素：

本发明的目的之一是提供制造月球车自供能压电轮胎的方法，用该方法制造的月球车轮胎能够通过轮胎的滚动产生的压电变化以及太阳能电池来达到双重提供电源。

一个实施例中，提供了一种制造月球车自供能压电轮胎的方法。该方法包括：在轮胎的所述内框架的在该轮胎安装于车体上时面向地面的所述圆周外侧面上形成柔性高分子聚合物材料作为第一保护层，其中所述保护层包覆整个所述圆周外侧面；在所述第一保护层外形成包覆所述保护层的金属电极层作为第一空穴传输层；将钙钛矿掺入pdms中形成钙钛矿溶液并用所述钙钛矿溶液在所述第一空穴传输层外形成包覆所述第一空穴传输层的钙钛矿层作为压电层；在所述压电层外形成包覆所述钙钛矿层的柔性ito层作为第一电子传输层；在所述第一电子传输层外形成包覆所述电子传输层的柔性高分子聚合物材料层作为第二保护层；在轮胎的在该轮胎安装于车体上时面向车体侧面的一个外侧面上形成柔性高分子聚合物材料层作为第三保护层；在所述第三保护层上形成柔性电容器层；在所述柔性电容器层上形成柔性ito层作为第二电子传输层；在所述第二电子传输层上形成钙钛矿层作为光敏层；在所述光敏层上形成第二空穴传输层；在所述第二空穴传输层上形成电极；其中所述柔性电容器层、所述第二电子传输层、所述光敏层、所述第二空穴传输层和所述电极形成太阳能电池。

一个实施例中，在所述光敏层上形成第二空穴传输层包括：在所述光敏层上旋涂spiro-ometad形成所述第二空穴传输层。

一个实施例中，所述压电层的钙钛矿层在受到外界压力后会产生极化，发生离子迁移，向所述钙钛矿层的两侧移动，在所述钙钛矿层的两侧形成正负压。

一个实施例中，所述柔性电容器储存所述太阳能电池转化的电能。

本发明实施例中，通过这些实施例制造的自供能压电轮胎，通过钙钛矿压电特性，轮胎在滚动过程中受重力作用钙钛矿的压电层不断产生极化提供电源，来循环为月球车提供能量，且轮胎的循环性和持久性都很高，符合太空作业的标准。此外，还进一步通过在轮胎侧面集成太阳能电池来作为辅助电源，更能保证稳定的、持久的工作，而且将太阳能电池集成在胎盘上合理利用了空间。此方法工艺简单，成本低，制备出的轮胎持久性好、耐压性好，为月球车的长时间提供了基础。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的月球车自供能压电轮胎的示意图；

图2是根据本发明一个实施例的太阳能电池的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图详细说明本发明的实施例的制造月球车自供能压电轮胎的方法的具体步骤。

参考图1和图2，一个实施例中，一种制造月球车自供能压电轮胎的方法可以包括下述步骤。

首先，可以在轮胎的内框架的圆周外侧面上形成柔性高分子聚合物材料层作为第一保护层。这里，轮胎的内框架的圆周外侧面可以是该内框架的当该轮胎安装于车体（比如月球车体）上时面向地面的外侧面，并且形成的保护层可以包覆整个圆周外侧面，即包覆整个圆周。这里的高分子聚合物材料可以是pdms或树脂等等。该第一保护层可以通过印刷等方法形成。

然后，可以在第一保护层外形成包覆该第一保护层的金属电极层作为第一空穴传输层。该金属电极层可以通过热蒸发等方法形成。

然后，可以将钙钛矿掺入pdms中形成钙钛矿溶液并用钙钛矿溶液在第一空穴传输层外形成包覆第一空穴传输层的钙钛矿层作为压电层。这里，将钙钛矿掺入pdms中，可以达到保护钙钛矿的目的，使得轮胎的使用寿命更长，压电的循环次数更多。压电层的钙钛矿层在受到外界压力后会产生极化，发生离子迁移，向所述钙钛矿层的两侧移动，在所述钙钛矿层的两侧形成正负压。

然后，可以在压电层外形成包覆钙钛矿层的柔性ito层作为第一电子传输层，并在第一电子传输层外形成包覆该第一电子传输层的柔性高分子聚合物材料层作为第二保护层。该第二保护层的厚度可以更厚一些，以便能够承受更大的压力形变，增强拉伸性、弹性和韧性。

此外，还可以在轮胎的外侧面上集成太阳能电池。

例如，一个实施例中，可以在轮胎的当该轮胎安装于车体（例如，月球车车体）上时面向车体侧面的一个外侧面上形成柔性高分子聚合物材料层作为第三保护层。然后，在该第三保护层上形成柔性电容器层，在柔性电容器层上形成柔性ito层作为第二电子传输层，在第二电子传输层上形成钙钛矿层作为光敏层，在光敏层上形成第二空穴传输层（例如，通过在该光敏层上旋涂spiro-ometad形成该第二空穴传输层），并在第二空穴传输层上形成电极。这里，柔性电容器层、第二电子传输层、光敏层、第二空穴传输层和电极即形成了太阳能电池，其中该柔性电容器层可以储存该太阳能电池所转化的电能，以供月球车使用。该太阳能电池被集成在轮胎侧面，不仅合理利用空间，而且可以采集不同方向的光，与月球车的主太阳能电池不冲突。

图1示意性地示出了根据本发明一个实施例的方法制造的月球车自供能压电轮胎的结构，其中6为太阳能电池，其设置于轮胎内框架（图中被太阳能电池6遮挡，未示出）的外侧面上。5为第一保护层，4为第一空穴传输层，3为压电层，2为第一电子传输层，1为第二保护层。

图2示意性地示出了根据本发明一个实施例的方法制造的月球车自供能压电轮胎的太阳能电池6的结构，其中61为柔性电容器层，62为第二电子传输层，63为光敏层，64为第二空穴传输层，65为电极。该太阳能电池6与轮胎的外侧面之间通过第三保护层（图中未示出）连接。

本发明实施例中，通过这些实施例制造的自供能压电轮胎，通过钙钛矿压电特性，轮胎在滚动过程中受重力作用钙钛矿的压电层不断产生极化提供电源，来循环为月球车提供能量，且轮胎的循环性和持久性都很高，符合太空作业的标准。此外，还进一步通过在轮胎侧面集成太阳能电池来作为辅助电源，更能保证稳定的、持久的工作，而且将太阳能电池集成在胎盘上合理利用了空间。此方法工艺简单，成本低，制备出的轮胎持久性好、耐压性好，为月球车的长时间提供了基础。

以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。此外，以上多处所述的“一个实施例”表示不同的实施例，当然也可以将其全部或部分结合在一个实施例中。