CN106026759A - 一种瞬态可溶解摩擦发电机及其制备方法 - Google Patents

一种瞬态可溶解摩擦发电机及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106026759A
CN106026759A CN201610342179.8A CN201610342179A CN106026759A CN 106026759 A CN106026759 A CN 106026759A CN 201610342179 A CN201610342179 A CN 201610342179A CN 106026759 A CN106026759 A CN 106026759A
Authority
CN
China
Prior art keywords
film layer
functional film
transparent functional
electrode
dissoluble
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610342179.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106026759B (zh
Inventor
张跃
梁齐杰
阎小琴
张茜
廖新勤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology Beijing USTB
Original Assignee
University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology Beijing USTB filed Critical University of Science and Technology Beijing USTB
Priority to CN201610342179.8A priority Critical patent/CN106026759B/zh
Publication of CN106026759A publication Critical patent/CN106026759A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106026759B publication Critical patent/CN106026759B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
    • H02N1/04—Friction generators

Landscapes

  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

本发明一种瞬态可溶解摩擦发电机及其制备方法，包括功能薄膜层部分、电极部分。通过选择可溶性材料作为功能薄膜层部分，金属作电极部分，而与水反应的金属生成的溶液可以进一步溶解其他的电极部分。通过这种连续反应的方式实现整个器件的完全溶解。未溶解之前其可具有相比于传统摩擦发电机的优异性能，可以收集环境中的机械能。此外，其本身可作为一种传感器件，既可以实现结构安全监测，又可以植入体内作为人体健康监测。本瞬态可溶解发电机具有完全可溶解、产物无毒无污染、溶解时间短、多功能性以及制备简单、成本低等优点。未来在生物医疗植入设备、环境监测装置以及安全、消费电子设备等领域具有很好的潜在应用。

Description

一种瞬态可溶解摩擦发电机及其制备方法
技术领域
本发明涉及微纳能源、生物医疗、环境监测领域，具体涉及一种瞬态可溶解摩擦发电机及其制备方法。
背景技术
随着无线传感网络、便携式电子器件和可植入设备的快速发展，可持续能量来源的发展也得到了持续的关注。使用纳米技术收集环境中的能量是具有前景的能源解决方案，例如，从身体运动、声波和体液流动等收集能源来驱动电子器件而不是使用电池。目前有几种物理机制可以用来有效收集这些机械能，包括压电效应、电磁效应和摩擦起电效应。以摩擦起电效应和静电诱导效应为基础的摩擦发电机具有结构简单、成本低、效率高以及很好的对环境的适应性等优点在能量收集和运动传感等方面具有很大的优势。摩擦发电机最具有前景的一个方面是在不易到达环境方面的应用，例如建筑结构内部、人体内。例如，越来越多的可植入电子器件的供能问题一直是个难题，因为维护和更换这些能量单元的代价及风险是非常大的。摩擦发电机可以从环境中收集能量来持续为这些微电子器件供能，所以是一种很好的能量解决方案。
然而，一个很重要却被忽视的问题是这些不易到达环境中的电子器件的供能单元在超出服役期之后的处理方法。维护或者更换的代价和风险较大。一个具有吸引力的办法是让这些供能单元彻底消失，并且不会产生有害物质。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提出一种可快速溶解的结构简单、成本低的瞬态摩擦发电机及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种瞬态可溶解摩擦发电机，该瞬态可溶解摩擦发电机包括透明功能薄膜层和金属电极部分。
进一步，所述透明功能薄膜层包括上层透明功能薄膜层和下层透明功能薄膜层，所述上层透明功能薄膜层和下层透明功能薄膜层均由可溶解材料构成，所述金属电极部分包括水溶性金属电极和普通金属电极，所述水溶性金属电极上均设有封装层。
进一步的，所述可溶解材料包括：海藻酸钠、聚乙烯醇、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚乙酸内酯和米纸。
进一步的，所述水溶性金属电极包括：锂、纳、钾、钙、镁、钡。
进一步的，所述普通金属电极包括：铜、铝、金、铂、钛，所述普通金属电极排布方式为阵列排布方式。
本发明的另一目的是提供上述瞬态可溶解摩擦发电机的制备方法，包括如下步骤：
步骤1.制备透明功能薄膜层；
1.1将可溶解材料加入去离子水中，在超声环境中溶解，得到可溶解材料溶胶，将得到可溶解材料溶胶加入到培养皿中，室温常压下水分蒸发得到厚度为1-100微米的上层透明功能薄膜层；
1.2将与步骤1.1相同或不同可溶解材料加入去离子水中，在超声环境中溶解，得到可溶解材料溶胶，将得到可溶解材料溶胶加入到培养皿中，室温常压下水分蒸发得到厚度为1-100微米的下层透明功能薄膜层；
步骤2：使用电子束蒸镀将的所述普通金属电极材料蒸镀到步骤1.1得到的上层透明功能薄膜层上,得到带有普通金属电极的上层透明功能薄膜层，备用；
步骤3：使用电子束蒸镀将所述水溶性金属电极蒸镀到步骤1.2得到的下层透明功能薄膜层上,得到带有水溶性电极的或下层透明功能薄膜层，备用；
步骤4：将步骤2和步骤3得到带有电极的透明功能薄膜层分别剪切成合适尺寸，组装成器件每个电极分别连接导线，得到瞬态可溶解摩擦发电机。
进一步，所述水溶性金属电极的厚度为10-100微米。
进一步，所述普通金属电极厚度为10-100nm。
本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，本发明的方法通过选择可溶性材料作为功能薄膜层部分，金属作电极部分，而与水反应的金属生成的溶液可以进一步溶解其他的电极部分。通过这种连续反应的方式实现整个器件的完全溶解。未溶解之前其可具有相比于传统摩擦发电机的优异性能，可以收集环境中的机械能，例如从振动、声波、心脏跳动等收集能量。此外，其本身可作为一种传感器件，既可以实现结构安全监测，又可以植入体内作为人体健康监测。本瞬态可溶解发电机具有完全可溶解、产物无毒无污染、溶解时间短、多功能性以及制备简单、成本低等优点。未来在生物医疗植入设备、环境监测装置以及安全、消费电子设备等领域具有很好的潜在应用。
附图说明
图1为本发明一种瞬态可溶解摩擦发电机的结构示意图。
图中：
1.水溶性金属电极、2.上层透明功能薄膜层、3.下层透明功能薄膜层、4.普通金属电极、5.封装层。
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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
如图1所示，为本发明一种瞬态可溶解摩擦发电机实施例的结构示意图，一种瞬态可溶解摩擦发电机，该瞬态可溶解摩擦发电机包括透明功能薄膜层和金属电极部分。
所述透明功能薄膜层包括上层透明功能薄膜层2和下层透明功能薄膜层3，所述上层透明功能薄膜层和下层透明功能薄膜层均由可溶解材料构成，所述金属电极部分包括可溶解的金属1和普通金属电极4，所述可溶解的金属1上均设有封装层5。
所述可溶解材料包括：海藻酸钠、聚乙烯醇、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚乙酸内酯和米纸。
所述可溶解电极材料包括：锂、纳、钾、钙、镁、钡。
所述普通金属电极包括：铜、铝、金、铂、钛，所述普通金属电极排布方式为阵列排布方式。
另外，这是一种垂直接触式的摩擦发电机，而瞬态可溶解发电机的概念可以扩展到其他模式，包括：侧向滑动模式，单电极模式和自由独立模式。只需要按照相应的工作模式的结构来选择材料即可。
步骤1.制备透明功能薄膜层；
1.1将可溶解材料加入去离子水中，在超声环境中溶解，得到可溶解材料溶胶，将得到可溶解材料溶胶加入到培养皿中，室温常压下水分蒸发得到厚度为1-100微米的上层透明功能薄膜层；
1.2将与步骤相同或不同可溶解材料加入去离子水中，在超声环境中溶解，得到可溶解材料溶胶，将得到可溶解材料溶胶加入到培养皿中，室温常压下水分蒸发得到厚度为1-100微米的下层透明功能薄膜层；
步骤2：使用电子束蒸镀将的所述普通金属电极材料蒸镀到步骤1.1得到的上层透明功能薄膜层上,得到带有普通金属电极的上层透明功能薄膜层，备用；
步骤3：使用电子束蒸镀将所述水溶性金属电极蒸镀到步骤1.2得到的下层透明功能薄膜层上,得到带有水溶性电极的或下层透明功能薄膜层，备用；
步骤4：将步骤2和步骤3得到带有电极的透明功能薄膜层分别剪切成合适尺寸，组装成器件每个电极分别连接导线，得到瞬态可溶解摩擦发电机。
所述水溶性金属电极的厚度为10-100微米。
所述普通金属电极厚度为10-100nm。
所述步骤2中所述普通金属电极为至少一个，采用阵列排布方式排布。
实施例1：
步骤1:
1.1:将5g海藻酸钠粉末加入200ml去离子水中，在超声环境中溶解待用，5g聚乙烯醇粉末加入200ml去离子水中，在超声环境中溶解待用；
1.2将一定量溶解好的海藻酸钠溶胶加入到培养皿中，室温常压下水分蒸发得到厚度为10微米的海藻酸钠薄膜；将一定量溶解好的聚乙烯醇溶胶加入到培养皿中，室温常压下水分蒸发得到厚度为10微米的聚乙烯醇薄膜；
步骤2：使用电子束蒸镀将的铝电极蒸镀到步骤b中得到的海藻酸钠薄膜上去，得到带有普通金属电极的海藻酸钠薄膜；
步骤3：使用电子束蒸镀将的锂带蒸镀到步骤b中得到的海藻酸钠薄膜上去，得到带有普通金属电极的聚乙烯醇薄膜上；
步骤4：将步骤2和步骤3得到带有电极的透明功能薄膜层分别剪切成合适尺寸，组装成器件每个电极分别连接导线，得到瞬态可溶解摩擦发电机。
当水滴加到整个器件上，封装层材料5首先溶解，紧接着是锂电极1与水反应生成氢氧化锂溶液，同时聚乙烯醇薄膜3和海藻酸钠薄膜2溶解，随后是铝电极4先分散成颗粒，进一步地与先前锂电极1与水反应生成的氢氧化锂溶液反应得到溶解，通过这种连续反应的方式使整个器件得到完全溶解，整个溶解过程的持续时间在十分钟之内。
制作功能薄膜层的可溶解材料并不限于上述的海藻酸钠，也可以使用其他材料包括聚乙烯醇、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚乙酸内酯和米纸。
制作可溶解电极的材料并不限于上述的锂电极，也可以使用其他材料，包括纳、钾、钙、镁、钡。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种瞬态可溶解摩擦发电机，其特征在于，该瞬态可溶解摩擦发电机包括透明功能薄膜层、金属电极部分和封装层。
2.根据权利要求1所述的瞬态可溶解摩擦发电机，其特征在于，所述透明功能薄膜层包括上层透明功能薄膜层和下层透明功能薄膜层，所述上层透明功能薄膜层和下层透明功能薄膜层均由可溶解材料构成，所述金属电极部分包括水溶性金属电极和普通金属电极，所述水溶性金属电极上均设有封装层。
3.根据权利要求2所述的瞬态可溶解摩擦发电机，其特征在于，所述可溶解材料包括：海藻酸钠、聚乙烯醇、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚乙酸内酯和米纸。
4.根据权利要求2所述的瞬态可溶解摩擦发电机，其特征在于，所述水溶性金属电极包括：锂、纳、钾、钙、镁、钡。
5.根据权利要求2所述的瞬态可溶解摩擦发电机，其特征在于，所述普通金属电极的包括：铝、铜、金、铂、钛。
6.一种如权利要求1-5任意一项所述的瞬态可溶解摩擦发电机的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1.制备透明功能薄膜层：
1.1将可溶解材料加入去离子水中，在超声环境中溶解，得到可溶解材料溶胶，将得到可溶解材料溶胶加入到培养皿中，室温常压下水分蒸发得到厚度为1 -100微米的上层透明功能薄膜层；
1.2将与步骤1.1相同或不同可溶解材料加入去离子水中，在超声环境中溶解，得到可溶解材料溶胶，将得到可溶解材料溶胶加入到培养皿中，室温常压下水分蒸发得到厚度为1 -100微米的下层透明功能薄膜层；
步骤2：使用电子束蒸镀将的所述普通金属电极材料蒸镀到步骤1.1得到的上层透明功能薄膜层上, 得到带有普通金属电极的上层透明功能薄膜层，备用；
步骤3：使用电子束蒸镀将所述水溶性金属电极蒸镀到步骤1.2得到的下层透明功能薄膜层上,得到带有水溶性电极的或下层透明功能薄膜层，备用；
步骤4：将步骤2和步骤3得到带有电极的透明功能薄膜层分别剪切成合适尺寸，组装成器件每个电极分别连接导线，得到瞬态可溶解摩擦发电机。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述水溶性金属电极的厚度为10-100微米。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述普通金属电极厚度为10-100nm。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中所述普通金属电极为至少一个，采用阵列排布方式排布。
CN201610342179.8A 2016-05-20 2016-05-20 一种瞬态可溶解摩擦发电机及其制备方法 Active CN106026759B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610342179.8A CN106026759B (zh) 2016-05-20 2016-05-20 一种瞬态可溶解摩擦发电机及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610342179.8A CN106026759B (zh) 2016-05-20 2016-05-20 一种瞬态可溶解摩擦发电机及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106026759A true CN106026759A (zh) 2016-10-12
CN106026759B CN106026759B (zh) 2017-12-05

Family

ID=57095820

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610342179.8A Active CN106026759B (zh) 2016-05-20 2016-05-20 一种瞬态可溶解摩擦发电机及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106026759B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130035632A1 (en) * 2011-08-02 2013-02-07 Yu Chris C Decomposable Apparatus and Methods for Fabricating Same
CN103107732A (zh) * 2013-01-30 2013-05-15 天津理工大学 一种生物医用可降解微型摩擦发电机及其制备方法
CN103780120A (zh) * 2012-10-25 2014-05-07 纳米新能源（唐山）有限责任公司 柔性纳米摩擦发电机的制备方法及该摩擦发电机
CN103986364A (zh) * 2014-05-04 2014-08-13 国家纳米科学中心 一种植入式发电机
CN104242723A (zh) * 2013-06-13 2014-12-24 国家纳米科学中心 单电极摩擦纳米发电机、发电方法和自驱动追踪装置
CN104485835A (zh) * 2014-12-05 2015-04-01 天津理工大学 一种生物相容性微型摩擦发电机
CN104578893A (zh) * 2013-10-18 2015-04-29 纳米新能源（唐山）有限责任公司 应用双聚合物复合膜的摩擦发电机、其制备方法及振动传感器
CN105231523A (zh) * 2015-10-08 2016-01-13 天津理工大学 一种以摩擦电纳米发电机为过滤层的高效防护口罩

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130035632A1 (en) * 2011-08-02 2013-02-07 Yu Chris C Decomposable Apparatus and Methods for Fabricating Same
CN103780120A (zh) * 2012-10-25 2014-05-07 纳米新能源（唐山）有限责任公司 柔性纳米摩擦发电机的制备方法及该摩擦发电机
CN103107732A (zh) * 2013-01-30 2013-05-15 天津理工大学 一种生物医用可降解微型摩擦发电机及其制备方法
CN104242723A (zh) * 2013-06-13 2014-12-24 国家纳米科学中心 单电极摩擦纳米发电机、发电方法和自驱动追踪装置
CN104578893A (zh) * 2013-10-18 2015-04-29 纳米新能源（唐山）有限责任公司 应用双聚合物复合膜的摩擦发电机、其制备方法及振动传感器
CN103986364A (zh) * 2014-05-04 2014-08-13 国家纳米科学中心 一种植入式发电机
CN104485835A (zh) * 2014-12-05 2015-04-01 天津理工大学 一种生物相容性微型摩擦发电机
CN105231523A (zh) * 2015-10-08 2016-01-13 天津理工大学 一种以摩擦电纳米发电机为过滤层的高效防护口罩

Also Published As

Publication number Publication date
CN106026759B (zh) 2017-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Deng et al. Piezoelectric nanogenerators for personalized healthcare
Han et al. Fish gelatin based triboelectric nanogenerator for harvesting biomechanical energy and self-powered sensing of human physiological signals
Chen et al. Polymer materials for high‐performance triboelectric Nanogenerators
Li et al. Nanogenerator-based self-powered sensors for wearable and implantable electronics
Kang et al. Advanced materials and devices for bioresorbable electronics
Mule et al. Wearable single-electrode-mode triboelectric nanogenerator via conductive polymer-coated textiles for self-power electronics
Zhang et al. Human body IoT systems based on the triboelectrification effect: energy harvesting, sensing, interfacing and communication
Liu et al. Expandable microsphere-based triboelectric nanogenerators as ultrasensitive pressure sensors for respiratory and pulse monitoring
Karan et al. Recent advances in self‐powered tribo‐/piezoelectric energy harvesters: all‐in‐one package for future smart technologies
Huang et al. Flexible electronics: stretchable electrodes and their future
Bu et al. Research progress and prospect of triboelectric nanogenerators as self-powered human body sensors
Park et al. Ferroelectric multilayer nanocomposites with polarization and stress concentration structures for enhanced triboelectric performances
Li et al. Triboelectric nanogenerators enabled internet of things: A survey
Zhang et al. Wearable circuits sintered at room temperature directly on the skin surface for health monitoring
Guo et al. Fluoroalkylsilane-modified textile-based personal energy management device for multifunctional wearable applications
Song et al. Nanogenerators for wearable bioelectronics and biodevices
CN106950398A (zh) 三轴角加速度计
Khan et al. A survey of wearable energy harvesting systems
Wang et al. Overview of human kinetic energy harvesting and application
Cheng Inorganic dissolvable electronics: Materials and devices for biomedicine and environment
An et al. Advances and prospects of triboelectric nanogenerator for self-powered system
Zhang et al. Preparation of a high-performance chitosan-based triboelectric nanogenerator by regulating the surface microstructure and dielectric constant
Haghayegh et al. Recent advances in stretchable, wearable and bio-compatible triboelectric nanogenerators
Song et al. Polyvinylidene fluoride energy harvester with boosting piezoelectric performance through 3D printed biomimetic bone structures
Xu et al. A capsule-shaped triboelectric nanogenerator for self-powered health monitoring of traffic facilities

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Zhang Yue

Inventor after: Liang Qijie

Inventor after: Yan Xiaoqin

Inventor after: Zhang Qian

Inventor after: Liao Xinqin

Inventor before: Zhang Yue

Inventor before: Liang Qijie

Inventor before: Yan Xiaoqin

Inventor before: Zhang Qian

Inventor before: Liao Xinqin

CB03 Change of inventor or designer information