CN102610739A - 一种具有紫外线吸收特性且可以产生电能的有机/无机透明复合薄膜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有紫外线吸收特性且可以产生电能的有机/无机透明复合薄膜，可以起到防紫外线和节能环保的双重目的。薄膜外层为具有良好柔韧性的透明高分子绝缘薄膜，内层导电透明高分子薄膜，中心层则采用兼具压电性和紫外线吸收性的纳米材料例如纳米氧化锌。该复合薄膜在晴天可以起到减小或阻隔紫外线辐射对人或物造成的伤害，避免材料老化，在雨天或大风天气时，将雨水的重力势能或风能转换为电能，扩展了能源利用范围，利用和提供的均是新型绿色能源。
Description
技术领域：
本发明涉及一种具有紫外线吸收特性且可以产生电能的有机/无机透明复合薄膜，具体是利用同时具有紫外吸收特性、能量转换功能、柔性和有一定可见光透过率的纳米薄膜材料通过有机无机复合手段来达到对紫外线的吸收和利用环境中的能量转换为电能的目的。
背景技术：
随着经济的发展和人口增长，全球环境急剧恶化，臭氧层破坏，从而使地球接受更多的紫外线辐射。紫外线不仅造成对人体的伤害，也同时能够造成暴露于阳光下的材料的老化，造成材料或设备使用寿命缩短，以致不可使用。
现在的社会发展趋向于新能源和多功能材料的研制和开发，环境中的能量有很大一部分没有被人类利用，开发新设备新装置来利用绿色能源，将环境中的多种能量转换为人们生活所需的能源，具有重要的意义。
正压电效应是由于外界的作用使材料发生变形，由于对称中心发生偏移，产生正负电荷的离化，即电极化现象，在两个表面上产生符号相反的电荷，形成电势差，外接电极和导线，形成回路产生电流。它主要利用的是机械能。
现有的复合薄膜功能单一，不能兼具防紫外线辐射、能量转换、柔性和透光的多种功能，并且大多数能量转换薄膜材料只利用单一的能源，不能充分利用环境中的各种能源。
透明薄膜太阳能电池，虽然是一种能量转换薄膜，但是利用环境中的能源单一，并且使用受到天气的限制。例如，专利号200720311391.4涉及一种有机薄膜太阳能电池，所设计结构为层状结构，只利用到环境中的太阳能，并未利用没有利用到环境中的风能等其他能源，并且只能在晴天使用，限制了使用的场合和范围。同时，在具有压电薄膜的传感器、能量转换结构中，虽然采用的是层状结构，但是导电材料多采用金属或合金作为电极，从而导致材料的透明度和柔韧性降低，并且不具有紫外吸收性。专利号00100405.0涉及一种压电传感器，这种压电传感器为层状结构，压电薄膜只限定为钛酸锆酸铅压电材料，对其他压电材料为涉及使用；申请号为200910005272.X的发明专利中，涉及一种半导体传感器以及半导体传感器的制造方法，结构为多层压电薄膜，电极材料使用的为金属薄膜；专利申请号为200910033529.2涉及一种褶皱形复合式压电能量转换结构，属于压电能量转换技术领域，结构为褶皱形弹性体，该专利中涉及的压电薄膜只为PVDF薄膜。
发明内容：
本发明目的是克服上述现有技术的不足，充分利用环境中的能量，转换为电能，制备集紫外线吸收、多种能量转换、柔性和透明性为一体的薄膜，形成绿色能源。根据上述压电效应原理，本发明制备出既可以阻隔紫外线的辐射，又可以利用风能、雨能，转换为电能的有机/无机透明复合薄膜。克服了吸收能源单一的问题，利用了环境中的多种能源，扩展了使用场合和范围，起到节能环保的作用。
这种透明复合薄膜可以根据实际需求而制备，用于显示器薄膜、临摹帖、键盘保护膜、蔬菜大棚、汽车挡风玻璃、沙滩更衣篷、野营帐篷、蒙古包、车棚、汽车罩、公交站台、室外遮阳棚、路灯的灯罩等，其优势在于这种透明复合薄膜能够扩展使用的场合，突破了太阳能薄膜受到天气限制的弊端，充分利用环境中的能量，防止紫外线对人和物的辐射的同时，可以将环境中的多种能量转换为电能，从而为小型电器和微电子器件比如手机、照明灯。微电池等供电和充电，该复合薄膜提供的是新型的绿色能源，保护了生态环境，起到了节能、环保的目的。
本发明所采用的技术方案：
本发明的一种具有紫外线吸收特性且可以产生电能的有机/无机透明复合薄膜，其特征在于：所述的复合薄膜内含有同时具有吸收紫外线和压电性能的纳米结构；
本发明的进一步的方案是：所述的复合薄膜，从外层到内层都是透明的或半透明的，包括绝缘层、导电层和中心层，均为透明薄膜。
本发明的有益效果是：首先，因为使用防水高分子绝缘层，避免了雨水对纳米薄膜材料的破坏。其次，因为纳米材料为几微米或几十微米，在薄膜上生长后不影响复合薄膜的正常使用，再次，因为纳米材料的比表面积比较大，对阳光中的紫外线有较强的吸收作用，能够避免或减少人体或设备材料遭受紫外线的伤害，防止材料的老化。进一步，采用具有良好柔韧性的高分子绝缘薄膜和高分子导电薄膜，使该复合薄膜可以灵活的变形，提高抗压能力和抗弯曲能力，适合于更复杂的结构与环境中。当下雨或刮风的时候，雨点滴在薄膜上或风吹到薄膜上，由于雨速、风向风速等不断变化，致使中心层不断产生形变，通过压电效应而产生电势差，高分子导电薄膜作为载流子传输层对外产生电流，从而将环境中的风能或雨滴的重力势能等机械能转换为电能，这种有机/无机复合薄膜可以将环境中的多种能量转换为电能，扩宽了应用领域，克服了能源单一的问题，可以为小型电器和微电子器件提供电能，比如照明灯、手机、微型电池等，充分利用了大自然的绿色能源，集紫外线吸收、多种能量转换为一体，起到节能、环保的作用。
附图说明：
下面结合附图和具体实施实例对本发明进一步说明。
图1为复合薄膜的紫外吸收光谱；
图2为刮风时复合薄膜产生的电流输出信号；
图3为雨滴在复合薄膜面上产生的电流输出信号。
图1为透明复合薄膜的紫外吸收光谱，发现在紫外区域表现出较好的吸收效果。当外界刮风或下雨时，外力使薄膜产生变形利用压电效应，产生电能，电能存储在电容中，电容外接导线，可以接收并存储薄膜产生的电能，通过外接导线对外供电。
Claims (5)
1.一种具有紫外吸收特性且可以产生电能的有机/无机透明复合薄膜，主要由外层绝缘透明高分子薄膜a，内层导电透明高分子薄膜b以及夹在中心的纳米材料如氧化锌(ZnO)纳米材料组成，其特征在于：所述的绝缘高分子薄膜具有绝缘性、流滴性、透明性和耐候性，保温性好，抗老化，质软易于加工。
2.权利要求1所述的具有紫外吸收特性且可以产生电能的有机/无机透明复合薄膜，其特征在内层导电透明高分子薄膜氧化状态下具有很高的稳定性且具有透光性和导电性能高。
3.如权利要求1所述的具有紫外吸收特性且可以产生电能的有机/无机透明复合薄膜，其特征在于所述的中心层的纳米材料兼具吸收紫外线光学性能和压电性。
4.如权利要求1所述的具有紫外吸收特性且可以产生电能的有机/无机透明复合薄膜，其特征在于所述的中心的纳米薄膜使透明或半透明薄膜。
5.如权利要求1所述的具有紫外吸收特性且可以产生电能的有机/无机透明复合薄膜，其特征在于从导电膜引出的两条导线连接电能存储装置。
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