一种纳米发电机及生物植入系统的制作方法

本技术涉及微纳能源发电，尤其涉及一种纳米发电机及生物植入系统。

背景技术：

1、摩擦电是自然界中常见的现象，通过物体和物体之间的相互摩擦，使得一物体带上正电，另一物体带上负电，例如穿脱衣服产生的静电、梳子梳理头发产生的静电等。然而，由于缺少收集和利用摩擦电的设备/器械/仪器等，导致摩擦电被浪费。

2、为了解决上述问题，科研人员研发了一种摩擦发电机，可以利用摩擦进行发电，即把微小的机械能转化为电能。常见的摩擦发电机为透明的柔性摩擦发电机，使用柔性高分子聚合物材料。

3、然而，这种摩擦发电机存在一些缺陷，如运行条件苛刻，需要在均匀机械外力/振动下工作；如在不均匀机械外力/振动下长时间作用，容易出现机械损伤；抗疲劳性较差，无法长时间使用；生物相容性差，难以作为植入材料进行植入。

4、随着科技的发展，电子产品如智能手机，智能手表，智能手环等呈现小型化、多功能、可移动、可穿戴的发展趋势。由于这类产品应用场景多，需求大，能量消耗小的特点，依赖传统电池供电方式限制了它们的进一步应用，因此迫切需要开发可为小型电子设备持续性供电的新型电源，同时解决传统供电方式可能带来的环境污染、续航限制、潜在健康危害等问题。

5、纳米发电机作为一种新兴的发电技术，由于其绿色，可持续将机械能转化为电能获得了越来越多的关注和应用。其主要分为摩擦纳米发电机和压电纳米发电机。摩擦纳米发电机的机理来源于摩擦电效应，即两种摩擦电极性不同的材料相接触时，会产生电荷转移及电势差，电荷会在电势差的驱动下在两电极之间往复流动，从而形成电流。压电纳米发电机是利用弯曲、压缩具有压电性能特殊纳米材料产生电流的原理制造而成。

6、目前绝大多数纳米发电机是以单一的产电形式制备而成，存在发电效率低，稳定性差和抗疲劳性能差的缺陷，且不具备较好的生物相容性，限制了其应用。

7、目前，针对相关技术中存在的发电效率低、稳定性差、抗疲劳性差、生物相容性差等问题，尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、本申请的目的是针对现有技术中的不足，提供一种纳米发电机、制备方法及应用，以至少解决相关技术中的发电效率低、稳定性差、抗疲劳性差、生物相容性差的问题。

2、为实现上述目的，本申请采取的技术方案是：

3、第一方面，本实用新型提供一种纳米发电机，包括：

4、压电层；

5、摩擦层，所述摩擦层设置于所述压电层的一侧，并与所述压电层产生电荷转移，所述摩擦层包括等离子体蚀刻表面活化后的聚四氟乙烯膜；

6、封装层，所述封装层分别覆盖所述压电层的外表面、所述摩擦层的外表面。

7、在其中的一些实施例中，所述压电层包括：

8、聚偏二氟乙烯压电膜；

9、银电极，所述银电极覆盖所述聚偏二氟乙烯压电膜的表面设置，并形成银/聚偏二氟乙烯压电膜/银结构；

10、聚酰亚胺膜，所述聚酰亚胺膜覆盖所述聚偏二氟乙烯压电膜的一侧表面设置，并形成银/聚偏二氟乙烯压电膜/银/聚酰亚胺膜结构。

11、在其中的一些实施例中，银/聚偏二氟乙烯压电膜/银结构的厚度为100μm。

12、在其中的一些实施例中，所述聚酰亚胺膜的厚度为100μm。

13、在其中的一些实施例中，所述摩擦层包括：

14、聚四氟乙烯膜，所述聚四氟乙烯膜覆盖所述压电层的一侧表面设置，所述聚四氟乙烯膜由等离子体蚀刻表面活化；

15、铝电极，所述铝电极覆盖所述聚四氟乙烯膜的外表面设置，并形成聚四氟乙烯膜/铝电极结构；

16、聚酰亚胺膜，所述聚酰亚胺膜覆盖所述铝电极的外表面设置，并形成聚四氟乙烯膜/铝电极/聚酰亚胺膜结构。

17、在其中的一些实施例中，所述封装层包括：

18、特氟龙膜，所述特氟龙膜覆盖所述压电层的外表面、所述摩擦层的外表面设置，并形成特氟龙膜/压电层/摩擦层/特氟龙膜结构；

19、聚二甲基硅氧烷膜，所述聚二甲基硅氧烷膜覆盖所述特氟龙膜的外表面设置，并形成聚二甲基硅氧烷/特氟龙膜/压电层/摩擦层/特氟龙膜/聚二甲基硅氧烷结构。

20、在其中的一些实施例中，还包括：

21、绝缘层，所述绝缘层设置于所述摩擦层的两端，并分别与所述摩擦层、所述压电层连接，所述绝缘层包括丙烯酸膜。

22、在其中的一些实施例中，所述摩擦层为若干个，相邻两所述摩擦层之间设置所述绝缘层。

23、在其中的一些实施例中，所述绝缘层包括：

24、两丙烯酸膜，两所述丙烯酸膜对称地设置于所述摩擦层的两端，每一所述丙烯酸膜分别与所述摩擦层、所述压电层连接。

25、在其中的一些实施例中，所述丙烯酸膜的厚度为0.8mm。

26、第二方面，提供一种生物植入系统，包括：

27、如第一方面所述的纳米发电机。

28、在其中的一些实施例中，还包括：

29、植入装置，所述植入装置与所述纳米发电机连接。

30、在其中的一些实施例中，所述植入装置包括心脏起搏器、生物传感器。

31、相比于相关技术，本申请实施例提供的一种纳米发电机及生物植入系统，利用摩擦电效应、压电效应的耦合实现了稳定的直流电流输出，从而可以为各种电子设备提供可再生的电能，克服了已有外接电源储存容量有限且存在污染环境的问题；制备方法简单，便于进行批量生产；性能优异且抗疲劳，不易在外力或振动的作用下出现机械损伤，从而衍生工作寿命；生物相容性好，可以作为植入材料进行植入。

技术特征：

1.一种纳米发电机，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的纳米发电机，其特征在于，所述压电层包括：

3.根据权利要求2所述的纳米发电机，其特征在于，银/聚偏二氟乙烯压电膜/银结构的厚度为100μm；和/或

4.根据权利要求1所述的纳米发电机，其特征在于，所述摩擦层包括：

5.根据权利要求1所述的纳米发电机，其特征在于，所述封装层包括：

6.根据权利要求1～5任一所述的纳米发电机，其特征在于，还包括：

7.根据权利要求6所述的纳米发电机，其特征在于，所述摩擦层为若干个，相邻两所述摩擦层之间设置所述绝缘层。

8.根据权利要求6所述的纳米发电机，其特征在于，所述绝缘层包括：

9.根据权利要求8所述的纳米发电机，其特征在于，所述丙烯酸膜的厚度为0.8mm。

10.一种生物植入系统，其特征在于，包括：

技术总结
本技术涉及一种纳米发电机及生物植入系统，纳米发电机包括压电层、摩擦层和封装层，压电层包括聚偏二氟乙烯压电膜、银电极、聚酰亚胺膜、聚四氟乙烯膜；摩擦层设置于压电层的一侧，并与压电层产生电荷转移，摩擦层包括等离子体蚀刻表面活化后的聚四氟乙烯膜；封装层分别覆盖压电层的外表面、摩擦层的外表面。其优点在于，利用摩擦电效应、压电效应的耦合实现了稳定的直流电流输出，从而可以为各种电子设备提供可再生的电能，克服了已有外接电源储存容量有限且存在污染环境的问题；制备方法简单，便于进行批量生产；性能优异且抗疲劳，不易在外力或振动的作用下出现机械损伤，从而衍生工作寿命；生物相容性好，可以作为植入材料进行植入。

技术研发人员：曹文涛,王天龙
受保护的技术使用者：上海市第十人民医院
技术研发日：20230302
技术公布日：2024/1/12