CN105529395B - 一种压式发电薄膜器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明发电薄膜的制造技术领域，具体地来讲为一种压式发电薄膜器件及其制备方法。该方法包括在金属不锈钢板衬底依次制备第一金属铝电极、第一石墨烯导电薄膜、偏聚氟乙烯压电薄膜、第二石墨烯导电薄膜以及金属铝电极。本发明把压电材料发电技术与超级导体石墨烯相结合实现发电，由于石墨烯超导体的特征，极大程度的导出了所有的电荷，解决了压电材料发电率低，不易导出等难题。为压电材料发电，为节能减排作出重大的贡献。
Description
技术领域
本发明发电薄膜的制造技术领域，具体地来讲为一种压式发电薄膜器件及其制备方法。
背景技术
车辆在道路行驶时，车轮与路面存在相互作用，在此过程中，有相当一部分能力消耗，该部分能量可以进行回收，并加以利用。特别是在车轮与路面作用较大的场合，如收费站减速带，停车场出入口，繁忙的十字路口等，都有着十分可观却没有被利用的能量。
而当前节能减排的重点在于实现技术节能，由于压电材料具有优良的特性，国内外对压电材料的研究较多。因对压电发电技术的研究较少，故压电发电技术必将成为未来的发展趋势，然而压电材料具有产生电量少，且不连续等难题，发的电很难全部导出，由于传统导电电极的缺点，消耗了大量压电材料发出的电。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于一方面提供一种压式发电薄膜器件，另一方面提供了一种压式发电薄膜器件的制备方法，解决压电材料具有产生电量少，且不连续等难题，发的电很难全部导出，由于传统导电电极的缺点，消耗了大量压电材料发出的电。
本发明是这样实现的，
本发明提供了一种压式发电薄膜器件，该器件从底层到上层依次包括金属不锈钢板、第一金属铝电极、第一石墨烯导电薄膜、偏聚氟乙烯压电薄膜、第二石墨烯导电薄膜以及第二金属铝电极。
本发明还提供了一种压式发电薄膜器件的制备方法，该方法包括在金属不锈钢板衬底依次制备第一金属铝电极、第一石墨烯导电薄膜、偏聚氟乙烯压电薄膜、第二石墨烯导电薄膜以及金属铝电极。
方法进一步地，制备第一金属铝电极，采用磁控溅射制备，其工艺参数条件是：采用氩气作为气体反应源，其氩气流量为10～20sccm，反应溅射铝金属靶材的纯度为99.99％，衬底温度为50℃～150℃，沉积时间为3～10分钟。
方法进一步地，所述的采用PECVD技术制备第一石墨烯导电薄膜；其工艺参数条件是：甲烷和氢气作为混合气体反应源，按照体积比，甲烷和氢气体积比为：2:1～4:1，另外通入其单独氢气作为反应源，其甲烷和氢气作为混合气体反应源流量为10～20sccm，其单独氢气作为反应源流量为10sccm，衬底温度为50℃～100℃，沉积时间为3～10分钟。
方法进一步地，取出反应样品制备偏聚氟乙烯压电薄膜，由偏氟乙烯通过悬浮聚合或乳液聚合而成，薄膜厚度为500nm到1000nm。
方法进一步地，采用PECVD技术制备第二石墨烯导电薄膜；其工艺参数条件是：甲烷和氢气作为混合气体反应源，按照体积比，甲烷和氢气体积比为：1:1～5:1，另外通入其单独氢气作为反应源，其甲烷和氢气作为混合气体反应源流量为10～20sccm，其单独氢气作为反应源流量为10sccm，衬底温度为50℃～100℃，沉积时间为3～10分钟。
方法进一步地，制备第二金属铝电极，采用磁控溅射制备，其工艺参数条件是：采用氩气作为气体反应源，其氩气流量为10～20sccm，反应溅射铝金属靶材的纯度为99.99％，衬底温度为50℃～150℃，沉积时间为3～10分钟。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：
本发明把压电材料发电技术与超级导体石墨烯相结合实现发电，由于石墨烯超导体的特征，极大程度的导出了所有的电荷，解决了压电材料发电率低，不易导出等难题。为压电材料发电，为节能减排作出重大的贡献。
本发明用于车辆在道路行驶时，车轮与路面存在相互作用，在此过程中，该部分能量被压式发电薄膜器件所进行回收，并加以利用。
本发明发电器件具有优异的压电性能，挤压就能发电，不受天气与环境限制，具有潜在的市场空间。而且制备工艺简单，可实现规模生产。
附图说明
图1为本发明实施例提供的器件的制备流程图；
图2为本发明制备的石墨烯薄膜的SEM图像。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明中制备的石墨烯表面形貌采用日本JEOL公司生产的JSM-6360LV型扫描电镜分析样品的表面形貌和晶体形态，其加速电压为0.5～30kV，高真空模式下的二次电子分辨率为3nm，低真空模式下的二次电子分辨率为4nm，放大倍数为8～30万倍。
实施例1
参见图1的流程：将金属不锈钢板衬底基片先用用离子水超声波清洗5分钟后，用氮气吹干送入磁控溅射反应室，在8.0×10-4Pa真空的条件下，沉积制备第一金属铝电极。其工艺参数条件是：采用氩气作为气体反应源，其氩气流量为20sccm，反应溅射铝金属靶材的纯度为99.99％，衬底温度为150℃，沉积时间为10分钟。
采用PECVD技术制备第一石墨烯导电薄膜；其工艺参数条件是：甲烷和氢气作为混合气体反应源，混合气体反应源中的甲烷和氢气体积比为4:1，另外通入其单独氢气作为反应源，其甲烷和氢气作为混合气体反应源流量为20sccm，其单独氢气作为反应源流量为10sccm，衬底温度为100℃，沉积时间为10分钟。
取出反应样品制备偏聚氟乙烯(PVDF)薄膜，由偏氟乙烯通过悬浮聚合或乳液聚合而成，反应方程式如下所示：CH2＝CF2--(CH2CF2)n。薄膜厚度为1000nm。
采用PECVD技术制备第二石墨烯导电薄膜；其工艺参数条件是：甲烷和氢气作为混合气体反应源，甲烷和氢气的体积比为1:1，另外通入其单独氢气作为反应源，其甲烷和氢气作为混合气体反应源流量为20sccm，其单独氢气作为反应源流量为10sccm，衬底温度为100℃，沉积时间为10分钟。
制备第二金属铝电极，采用磁控溅射制备，其工艺参数条件是：采用氩气作为气体反应源，其氩气流量为20sccm，反应溅射铝金属靶材的纯度为99.99％，衬底温度为150℃，沉积时间为10分钟。
实施例2
将金属不锈钢板衬底基片先用用离子水超声波清洗5分钟后，用氮气吹干送入磁控溅射反应室，在8.0×10-4Pa真空的条件下，沉积制备第一金属铝电极。其工艺参数条件是：采用氩气作为气体反应源，其氩气流量为15sccm，反应溅射铝金属靶材的纯度为99.99％，衬底温度为100℃，沉积时间为7分钟。
采用PECVD技术制备第一石墨烯导电薄膜；其工艺参数条件是：甲烷和氢气作为混合气体反应源，甲烷和氢气体积比为：5：1；另外通入其单独氢气作为反应源，其甲烷和氢气作为混合气体反应源流量为15sccm，其单独氢气作为反应源流量为10sccm，衬底温度为80℃，沉积时间为7分钟。
取出反应样品制备偏聚氟乙烯薄膜，由偏氟乙烯通过悬浮聚合或乳液聚合而成。薄膜厚度为800nm。
采用PECVD技术制备第二石墨烯导电薄膜；其工艺参数条件是：甲烷和氢气作为混合气体反应源，甲烷和氢气体积比为：2：1，另外通入其单独氢气作为反应源，其甲烷和氢气作为混合气体反应源流量为15sccm，其单独氢气作为反应源流量为10sccm，衬底温度为80℃，沉积时间为8分钟。
制备第二金属铝电极，采用磁控溅射制备，其工艺参数条件是：采用氩气作为气体反应源，其氩气流量为15sccm，反应溅射铝金属靶材的纯度为99.99％，衬底温度为100℃，沉积时间为5分钟。
实施例3
将金属不锈钢板衬底基片先用用离子水超声波清洗5分钟后，用氮气吹干送入磁控溅射反应室，在8.0×10-4Pa真空的条件下，沉积制备第一金属铝电极。其工艺参数条件是：采用氩气作为气体反应源，其氩气流量为12sccm，反应溅射铝金属靶材的纯度为99.99％，衬底温度为120℃，沉积时间为7分钟。
采用PECVD技术制备第一石墨烯导电薄膜；其工艺参数条件是：甲烷和氢气作为混合气体反应源，甲烷和氢气的体积比为：4.5:1，另外通入其单独氢气作为反应源，其甲烷和氢气作为混合气体反应源流量为12sccm，其单独氢气作为反应源流量为10sccm，衬底温度为80℃，沉积时间为5分钟。
取出反应样品制备偏聚氟乙烯(PVDF)薄膜，由偏氟乙烯通过悬浮聚合或乳液聚合而成，反应方程式如下所示：CH2＝CF2--(CH2CF2)n。薄膜厚度为800nm。
采用PECVD技术制备第二石墨烯导电薄膜；其工艺参数条件是：甲烷和氢气作为混合气体反应源，甲烷和氢气的体积比为：3:1，另外通入其单独氢气作为反应源，其甲烷和氢气作为混合气体反应源流量为15sccm，其单独氢气作为反应源流量为10sccm，衬底温度为80℃，沉积时间为6分钟。
制备第二金属铝电极，采用磁控溅射制备，其工艺参数条件是：采用氩气作为气体反应源，其氩气流量为15sccm，反应溅射铝金属靶材的纯度为99.99％，衬底温度为100℃，沉积时间为6分钟。
实施例4
将金属不锈钢板衬底基片先用用离子水超声波清洗5分钟后，用氮气吹干送入磁控溅射反应室，在8.0×10-4Pa真空的条件下，沉积制备第一金属铝电极。其工艺参数条件是：采用氩气作为气体反应源，其氩气流量为11sccm，反应溅射铝金属靶材的纯度为99.99％，衬底温度为60℃，沉积时间为6分钟。
采用PECVD技术制备第一石墨烯导电薄膜；其工艺参数条件是：甲烷和氢气作为混合气体反应源，另外通入其单独氢气作为反应源，其甲烷和氢气作为混合气体反应源流量为12sccm，其单独氢气作为反应源流量为10sccm，衬底温度为100℃，沉积时间为3～10分钟。
取出反应样品制备偏聚氟乙烯(PVDF)薄膜，由偏氟乙烯通过悬浮聚合或乳液聚合而成，反应方程式如下所示：CH2＝CF2--(CH2CF2)n。薄膜厚度为1000nm。
采用PECVD技术制备第二石墨烯导电薄膜；其工艺参数条件是：甲烷和氢气作为混合气体反应源，甲烷和氢气的体积比为5:1，另外通入其单独氢气作为反应源，其甲烷和氢气作为混合气体反应源流量为20sccm，其单独氢气作为反应源流量为10sccm，衬底温度为100℃，沉积时间为10分钟。
制备第二金属铝电极，采用磁控溅射制备，其工艺参数条件是：采用氩气作为气体反应源，其氩气流量为20sccm，反应溅射铝金属靶材的纯度为99.99％，衬底温度为150℃，沉积时间为10分钟。
实施例5
将金属不锈钢板衬底基片先用用离子水超声波清洗5分钟后，用氮气吹干送入磁控溅射反应室，在8.0×10-4Pa真空的条件下，沉积制备第一金属铝电极。其工艺参数条件是：采用氩气作为气体反应源，其氩气流量为10sccm，反应溅射铝金属靶材的纯度为99.99％，衬底温度为50℃，沉积时间为3分钟。
采用PECVD技术制备第一石墨烯薄膜；其工艺参数条件是：甲烷和氢气作为混合气体反应源，甲烷和氢气体积比为4:1，另外通入其单独氢气作为反应源，其甲烷(CH4)和氢气作为混合气体反应源流量为10sccm，其单独氢气作为反应源流量为10sccm，衬底温度为50℃，沉积时间为3分钟。
取出反应样品制备偏聚氟乙烯(PVDF)薄膜，由偏氟乙烯通过悬浮聚合或乳液聚合而成，反应方程式如下所示：CH2＝CF2--(CH2CF2)n。薄膜厚度为500nm。
采用PECVD技术制备第二石墨烯薄膜；其工艺参数条件是：甲烷和氢气作为混合气体反应源，甲烷和氢气体积比为2:1，另外通入其单独氢气作为反应源，其甲烷和氢气作为混合气体反应源流量为10sccm，其单独氢气作为反应源流量为10sccm，衬底温度为50℃，沉积时间为3分钟。
制备第二金属铝电极，采用磁控溅射制备，其工艺参数条件是：采用氩气作为气体反应源，其氩气流量为10sccm，反应溅射铝金属靶材的纯度为99.99％，衬底温度为50℃，沉积时间为3分钟。
样品制备结束后为了分析薄膜中石墨烯的平整度，对所得的石墨烯薄膜进行了SEM测试分析。由图2可知，可以看出制备的石墨烯薄膜形貌很平整，晶粒分布很均匀，网状结构明显。说明该条件下的石墨烯薄膜样品质量较优异，为后续的器件导电与后续薄膜的生长起到了极大的作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种压式发电薄膜器件的制备方法，其特征在于，该方法包括在金属不锈钢板衬底依次制备第一金属铝电极、第一石墨烯导电薄膜、偏聚氟乙烯压电薄膜、第二石墨烯导电薄膜以及金属铝电极；
所述的采用PECVD技术制备第一石墨烯导电薄膜；其工艺参数条件是：甲烷和氢气作为混合气体反应源，按照体积比，甲烷和氢气体积比为： 4:1~5:1，另外通入其单独氢气作为反应源，其甲烷和氢气作为混合气体反应源流量为10~20sccm，其单独氢气作为反应源流量为10sccm，衬底温度为50℃~100℃，沉积时间为3~10分钟；
采用PECVD技术制备第二石墨烯导电薄膜；其工艺参数条件是：甲烷和氢气作为混合气体反应源，按照体积比，甲烷和氢气体积比为：1:1~3:1，另外通入其单独氢气作为反应源，其甲烷和氢气作为混合气体反应源流量为10~20sccm，其单独氢气作为反应源流量为10sccm，衬底温度为50℃~100℃，沉积时间为3~10分钟。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备第一金属铝电极，采用磁控溅射制备，其工艺参数条件是：采用氩气作为气体反应源，其氩气流量为10~20sccm，反应溅射铝金属靶材的纯度为99.99%，衬底温度为50℃~150℃，沉积时间为3~10分钟。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，取出反应样品制备偏聚氟乙烯压电薄膜，由偏氟乙烯通过悬浮聚合或乳液聚合而成，薄膜厚度为500nm到1000nm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备第二金属铝电极，采用磁控溅射制备，其工艺参数条件是：采用氩气作为气体反应源，其氩气流量为10~20sccm，反应溅射铝金属靶材的纯度为99.99%，衬底温度为50℃~150℃，沉积时间为3~10分钟。
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