CN105529395B - 一种压式发电薄膜器件及其制备方法 - Google Patents

一种压式发电薄膜器件及其制备方法 Download PDF

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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

一种压式发电薄膜器件及其制备方法
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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Inventor after: Yu Jian

Inventor after: He Yi

Inventor after: Song Jixin

Inventor after: Gao Kaizheng

Inventor after: Zhang Dong

Inventor after: Lin Shuquan

Inventor after: Wang Cunxu

Inventor after: Du Shipeng

Inventor after: Liu Chunzhong

Inventor after: Li Na

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GR01 Patent grant
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