一种用于木质纤维摩擦纳米发电机的木质纤维摩擦层的制备方法与流程

本发明属于储能材料以及聚合物。具体涉及一种用于木质纤维摩擦纳米发电机的木质纤维摩擦层的制备方法。

背景技术：

1、摩擦纳米发电机利用摩擦起电及静电感应能够将富余的机械能转化为电能，实现低频率能量的收集、转换，进而实现能量的高效利用。然而，现存的传统的摩擦层材料普遍存在化学可修饰性差、生物相容性差、毒性高和难以生物降解等问题(nano energy,2023,108:108223.)。

2、木质纤维作为世界上储量最丰富的聚合物材料，由于具有优异的力学性能、高反应活性和生物相容性等特点而受到研究者的广泛关注。但以木质纤维制备的摩擦层普遍存在电输出性能较差、开路电压和功率密度较低等问题，使得以木质纤维制备的摩擦层材料难以被广泛应用。

3、目前研究者已经采取了多种策略改变木质纤维的电输出性能，如通过进行化学修饰、静电纺丝、电感耦合等离子体刻蚀等方式对木质纤维摩擦层进行改性(nano energy,2021,81:105637.)，进而提升其电输出性能。然而这些复杂工艺的应用尽管可以提升其电输出性能但同时使得工业化应用成本提高，不利于工业化大规模生产。并且在这些处理工艺中，通常需要有机溶剂的加入，进而造成溶剂残存，使得摩擦层的生物相容性下降。同时，现存的木质纤维摩擦纳米发电机仍然存在输出电压低、多次循环后输出电压下降等问题，进而限制了木质纤维摩擦发电机的应用。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述问题，本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于木质纤维摩擦纳米发电机的木质纤维摩擦层的制备方法，该方法具有原料易得，反应条件温和，工艺简单等优势。本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种全生物质结构的木质纤维摩擦纳米发电机，该摩擦纳米发电机具有高输出电压、高输出能量密度和优异循环稳定性等优点。本发明所要解决的另一技术问题在于提供木质纤维摩擦纳米发电机在柔性电子皮肤中的应用，在智能可穿戴器件中具有十分良好的应用前景。

2、为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种用于木质纤维摩擦纳米发电机的木质纤维摩擦层的制备方法，包括如下步骤：

4、1)将一定规格的木片与亚硫酸钠、氢氧化钠混合，在80～150℃加热反应2～10h；其中氢氧化钠的含量在1～5mol l-1，亚硫酸钠的含量在0.01～3mol l-1。

5、2)以碱性溶液调节过氧化氢溶液的ph值至9～12，在80～120℃下进行充分搅拌；

6、3)将步骤2)处理得到的木片置于水中静置一段时间后，置于冷冻干燥机中冻干得到多孔木质纤维层。

7、4)将步骤3)得到的多孔木质纤维层在保护气中进行加热碳化，得到碳电极，将碳电极与步骤3)得到的多孔木质纤维层通过粘结剂，利用层层堆积的方法组合得到木质纤维摩擦层。

8、作为优选，所述的木片为杉木，桉木，杨木中的一种。

9、作为优选，所述的木片规格三维尺寸在0.1～100mm之间。

10、作为优选，所述的氢氧化钠、亚硫酸钠溶液的浓度在0.1mol·l-1～10mol·l-1。

11、作为优选，所述的碱性溶液为氨水、氢氧化钠溶液、碳酸氢钠溶液中的一种或几种混合物。

12、作为优选，所述的保护气为氮气、氩气中的一种。

13、作为优选，所述的粘接剂为聚偏二氟乙烯、鱼鳔胶、eva热熔胶中的一种。

14、作为优选，步骤2)中，将木片置于碱性过氧化氢溶液中搅拌5～48h，得到具有多孔结构的木质纤维摩擦材料。

15、作为优选，步骤3)中，木片在水中的静置时间为1～96h，将木片置于冻干机中12～96h得到具有多孔结构的木质纤维摩擦材料。

16、作为优选，步骤4)中，木片的热处理过程中加热速率为0.1～10℃min-1,加热保温温度为500～1000℃，时间为60～720min。

17、作为优选，所述多孔结构木质纤维摩擦层的制备方法得到的具有优异的输出电压和高能量密度的摩擦纳米发电机；所述的木质纤维摩擦纳米发电机在柔性电子皮肤和环境治理中的应用。

18、有益效果：相比于现有技术，本发明的优点为：

19、(1)本发明提供的摩擦层的制备方法，原料易获取，反应条件温和，制备工艺简单，所需消耗的成本低，可用于工业化大规模生产；

20、(2)本发明制备的摩擦纳米发电机，具有力学性能优异，输出电压高，能量密度高和优异的循环稳定性等优点，可以广泛应用于柔性电子皮肤、环境治理等领域。

技术特征：

1.一种用于木质纤维摩擦纳米发电机的木质纤维摩擦层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的用于木质纤维摩擦纳米发电机的木质纤维摩擦层的制备方法，其特征在于，所述的木片为桉木、杉木或杨木中的一种。

3.根据权利要求1所述的用于木质纤维摩擦纳米发电机的木质纤维摩擦层的制备方法，其特征在于，所述的氢氧化钠、亚硫酸钠溶液的浓度在0.1mol·l-1～10mol·l-1。

4.根据权利要求1所述的用于木质纤维摩擦纳米发电机的木质纤维摩擦层的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的反应温度为70～200℃。

5.根据权利要求1所述的用于木质纤维摩擦纳米发电机的木质纤维摩擦层的制备方法，其特征在于，所述的碱性环境的溶液ph值在9～12之间。

6.根据权利要求1所述的用于木质纤维摩擦纳米发电机的木质纤维摩擦层的制备方法，其特征在于，碱性环境下的加热温度为80～150℃，加热时间为2～24h。

7.根据权利要求1所述的用于木质纤维摩擦纳米发电机的木质纤维摩擦层的制备方法，其特征在于，木片碳化过程中的加热速度为0.1～20℃ min-1。

8.根据权利要求1所述的用于木质纤维摩擦纳米发电机的木质纤维摩擦层的制备方法，其特征在于，所述的加热保温温度为500～1200℃，时间为1～12h；所述的保护气为氩气、氮气。

9.根据权利要求1所述的用于木质纤维摩擦纳米发电机的木质纤维摩擦层的制备方法，其特征在于，碳电极与摩擦层组装所使用的胶黏剂包括聚偏二氟乙烯、鱼鳔胶、eva热熔胶。

10.根据权利要求1-9所述的用于木质纤维摩擦纳米发电机的木质纤维摩擦

技术总结
本申请公开了一种用于木质纤维摩擦纳米发电机的木质纤维摩擦层的制备方法，属于木质纤维材料技术领域。本申请利用碱性溶液对木片处理后，并将其碳化得到导电电极，通过胶黏剂利用层层堆积的方法进行组合，即可得到木质纤维摩擦层。所制备的木片摩擦层具有优异的力学性能，其装配在摩擦纳米发电机上，具有高输出电压和高能量密度等优点，可实际应用于智能可穿戴电子器件的制备；本申请的制备方法具有原料易得，反应条件温和等优点，可用于工业化大规模生产，具有很好的实用性。

技术研发人员：马文灿,房桂干,张嘉汉,焦健,田庆文
受保护的技术使用者：中国林业科学研究院林产化学工业研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16