CN106276774B - 一种高效碳基风力纳米发电机及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高效碳基风力纳米发电机及其制备方法，所述发电机包括基底(1)、第一电极(3)、第二电极(4)、内层多壁碳纳米管(5)、外层多壁碳纳米管(6)和风叶(7)；所述第一电极(3)置于基底(1)一侧，第二电极(4)置于基底(1)上与第一电极(3)相对一侧；内层多壁碳纳米管(5)的一端固定于第一电极(3)上，内层多壁碳纳米管(5)的另一端固定于第二电极(4)上；外层多壁碳纳米管(6)与内层多壁碳纳米管(5)同轴并套于内层多壁碳纳米管(5)上；风叶(7)固定于外层多壁碳纳米管(6)上。本发明中的碳基风力纳米发电机具有体积小、效率高、可靠性高的特点，从而展现了更为优越的性能和发展潜力。

Description

一种高效碳基风力纳米发电机及其制备方法
技术领域
本发明属于纳米发电机领域，涉及一种碳基纳米发电机及其制备方法，尤其涉及一种基于多壁碳纳米管的高效风力纳米发电机及其制备方法。
背景技术
随着纳米科技的发展，各种纳米器件和系统不断涌出，如可植入式生物传感器、分子传感器、纳米机器人、可穿戴式纳米电子器件等。纳米器件和系统需要能量驱动才能正常工作，但是由于纳米器件和系统体积小，能量要求不高，能与之体积配套的微能量供电问题正面临着诸多挑战，如蓄电池供电是传统的供电方式，若电池体积相对较大，整个系统将因受到电池体积和重量的影响而难以发挥其微型化的优势，甚至失去实用化意义。因此，研制出能适应微纳米器件和系统需要的纳米发电装置，已成为纳米科技领域亟待解决的问题。
目前，在国内外的微型供电装置研究中，利用氧化锌纳米线、纳米压电陶瓷、高分子聚合物薄膜、碳纳米管、石墨烯等纳米材料和特种加工技术，设计无需传统电源即可正常工作的可持续自发供电的纳米发电机，将器件工作环境的能量转化为电能，以驱动纳器件和系统工作，实现供电自给，是解决上述问题的主要方法之一。与传统发供电方式相比，纳米发电机可将各种随机能量，如光、声、风、热、磁场、流体能以及人体活动的机械能等回收重利用以提高能源使用效率，具有体积小、重量轻、结构简单紧凑、安全无污染、无振动和噪声、使用寿命长及可靠性高等优点。
专利CN 103354429A公开了一种滑动摩擦纳米发电机，摩擦纳米发电机包括：第一摩擦层、所述第一摩擦层下方接触放置的第一导电元件、第二摩擦层、所述第二摩擦层上方接触放置的第二导电元件，所述第一摩擦层的上表面与所述第二摩擦层的下表面相对放置；所述第一摩擦层的上表面和所述第二摩擦层的下表面在外力的作用下发生与接触面相切的相对滑动摩擦、同时接触面积发生变化，并通过所述第一导电元件和第二导电元件向外电路输出电信号。虽然其具有结构简单和轻巧便携等特点，但其供电效率较低。
碳纳米管，是一种一维碳纳米材料。1991年，日本NEC的Iijima教授对石墨棒放电产生的阴极沉积物进行了透射电镜研究，从中发现了直径约为4～30nm的圆柱状产物，通过高分辨透射电镜观察，这些产物由多个碳原子六方点阵的圆柱同轴嵌套而成，即为多壁碳纳米管，其外径一般为几个至几十个纳米，内径0.5至几个纳米，长度为几个至几十个微米，甚至几个毫米。多壁碳纳米管的层数可以从两层到几十层不等，其层间距一般认为是0.34nm，略大于石墨的层间距(0.335nm)，而且层数越少其层间距越大，层与层之间的相互作用也比较弱。已有研究发现层与层之间为超润滑作用，因此可以很容易实现多壁碳纳米管的层间转动。
在过去的研究工作当中，学者们普遍认为：包括碳纳米管、石墨、富勒烯等在内的碳基材料，由于其中碳原子本身只有sp电子，所以它们都是典型的抗磁性材料，这与含有的3d或4f电子铁磁性金属原子形成鲜明对比。然而，随着研究的不断深入人们已经在理论上论证出碳基材料具有铁磁性。理论学家根据理论计算结果，分析出碳材料存在铁磁性很可能是因为石墨存在点缺陷或线缺陷、sp2和sp3杂化、锯齿形石墨边缘的存在等等。早先，人们发现碳纳米管与金属基底的接触可以使碳纳米管磁化。在之后的研究中，人们进一步发现经酸溶液钝化的双壁碳纳米管本身就具有铁磁性。目前研究纳米材料磁性的实验手段包括磁力显微镜、超导量子干涉磁强计和X射线磁性圆二色吸收谱。
经以上分析，碳纳米管同时具备边缘铁磁性和一维电子输运的特性，使得其不但可以作为磁体用以为纳米发电机提供变化的磁场，也可以作为导线负责传导电流。因此研究出一种基于碳纳米管的微型供电装置具有很大的应用价值。
发明内容
针对上述现有技术中现有纳米发电机需要借助机械外力且供电效率低等问题，本发明提供了一种基于单根多壁碳纳米管的碳基风力纳米发电机及其制备方法。所述首先沿碳纳米管径向打开多壁碳纳米管外面多层，使开口处提供垂直于内层多壁碳纳米管的磁场。通过转动外层开口的多壁碳纳米管，使内层多壁碳纳米管产生相对切割磁感线的运动，从而实现发电功能。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种碳基纳米发电机，所述发电机包括基底、第一电极、第二电极、内层多壁碳纳米管、外层多壁碳纳米管和风叶；
其中，所述第一电极置于基底一侧，第二电极置于基底上与第一电极相对一侧；内层多壁碳纳米管的一端固定于第一电极上，内层多壁碳纳米管的另一端固定于第二电极上；外层多壁碳纳米管与内层多壁碳纳米管同轴并套于内层多壁碳纳米管上；风叶固定于外层多壁碳纳米管上。
以上所述第一电极和第二电极作为发电机的正电极和负电极，所述内层多壁碳纳米管用于传导电流，外层多壁碳纳米管用于旋转并提供磁场，风叶在风力作用下能带动所述外层多壁碳纳米管绕所述内层多壁碳纳米管转动。内层多壁碳纳米管不断切割外层多壁碳纳米管开口处提供的磁力线，根据法拉第电磁感应定律，于是有电流在内层多壁碳纳米管中不断传导。
所述外层多壁碳纳米管的长度小于内层多壁碳纳米管的长度，以便内层多壁碳纳米管可以固定于电极上。
优选地，所述多壁碳纳米管的壁数≥2，例如2、3、4、5、6、7、8或以上。
优选地，所述外层多壁碳纳米管的一侧有径向开口，以便提供磁力线。
优选地，所述径向开口的深度为1～10nm，例如1nm、1.5nm、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、9.5nm或10nm等。。
优选地，所述基底的表面具有绝缘层。
优选地，所述基底的材料为非金属材料和/或非金属氧化物材料。
优选地，所述基底的材料为Si和/或SiO2。
优选地，所述绝缘层的材料为SiO2、Al2O3、聚四氟乙烯或聚二甲基硅氧烷中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：SiO2和Al2O3的组合，Al2O3和聚四氟乙烯的组合，聚四氟乙烯和聚二甲基硅氧烷的组合，SiO2、Al2O3和聚四氟乙烯的组合，SiO2、Al2O3、聚四氟乙烯和聚二甲基硅氧烷的组合等。
优选地，所述第一电极和第二电极的材料为金属材料。
优选地，所述金属材料为Cu、Al、Fe、Co、Ag、Pt、Au、Ti、Gr或Ni中任意一种或至少两种的组合；所述组合典型但非限制性实例有：Cu和Al的组合，Fe和Co的组合，Ag和Pt的组合，Au和Ti的组合，Gr和Ni的组合，Cu、Al和Fe的组合，Co、Ag和Pt的组合，Pt、Au、Ti和Gr的组合，Ag、Pt、Au、Ti、Gr和Ni的组合，Cu、Al、Fe、Co、Ag和Pt的组合，Co、Ag、Pt、Au、Ti、Gr和Ni的组合等。
优选地，所述风叶由具有纳米尺寸厚度的金属材料组成。
优选地，所述金属材料为Cu、Al、Fe、Co、Ag、Pt、Au、Ti、Gr或Ni中任意一种或至少两种的组合；所述组合典型但非限制性实例有：Cu和Al的组合，Fe和Co的组合，Ag和Pt的组合，Au和Ti的组合，Gr和Ni的组合，Cu、Al和Fe的组合，Co、Ag和Pt的组合，Pt、Au、Ti和Gr的组合，Ag、Pt、Au、Ti、Gr和Ni的组合，Cu、Al、Fe、Co、Ag和Pt的组合，Co、Ag、Pt、Au、Ti、Gr和Ni的组合等。
优选地，所述风叶与外层多壁碳纳米管的开口处的每一层壁面连接。
优选地，所述风叶不与基底相接触。
以上所述碳基纳米发电机的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)在基底上进行多壁碳纳米管的筛选；
(2)对经过筛选的多壁碳纳米管进行开口处理；
(3)在经过开口处理的多壁碳纳米管上旋涂一层光刻胶；
(4)在旋涂了一层光刻胶的多壁碳纳米管上形成风叶；
(5)在形成了风叶的多壁碳纳米管两端进行刻蚀，然后将刻蚀掉的多壁碳纳米管去除形成内层多壁碳纳米管和外层多壁碳纳米管；
(6)在基底、风叶、内层多壁碳纳米管和外层多壁碳纳米管上旋涂第二层光刻胶；
(7)在第二层光刻胶的基础上制备第一电极和第二电极；
(8)对风叶进行腐蚀处理，得到碳基纳米发电机。
优选地，步骤(1)在基底上进行多壁碳纳米管的筛选为：
将多壁碳纳米管分散置于基底上，用扫描电子显微镜观察多壁碳纳米管形貌，然后筛选出离散、单根且无弯曲的多壁碳纳米管，并记录多壁碳纳米管的位置。
优选地，所述多壁碳纳米管采用电弧放电方法或化学气相沉积法制备得到。
优选地，筛选出的多壁碳纳米管长度为5～50μm，例如5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm或50μm等。
优选地，将多壁碳纳米管分散置于基底上采用以下方法：用超声将分散于溶液中的多壁碳纳米管滴加在基底上面，然后吹干。
优选地，所述吹干采用氮气枪、氦气枪或氩气枪中任意一种吹干。
优选地，所述记录多壁碳纳米管的位置包括多壁碳纳米管的两端相对于对准标记的位置和夹角。
优选地，步骤(2)对经过筛选的多壁碳纳米管进行开口处理是采用刻蚀技术对多壁碳纳米管的上表面进行刻蚀，得到一侧径向开口的多壁碳纳米管。
步骤(4)在旋涂了一层光刻胶的多壁碳纳米管上形成风叶是采用电子束曝光技术，曝光待形成风叶位置处的光刻胶，然后显影、金属蒸镀和剥离(lift-off)光刻胶形成风叶。
步骤(7)在第二层光刻胶的基础上制备第一电极和第二电极包括以下步骤：
利用电子束直写技术，根据预设的第一电极和第二电极的形状和尺寸，刻蚀第二层光刻胶，显影后形成凹槽，然后在凹槽上沉积第一电极和第二电极的金属材料，通过剥离(lift-off)形成第一电极和第二电极。
优选地，所述凹槽的尺寸及形状与第一电极和第二电极的形状和尺寸相同。
优选地，步骤(8)中的腐蚀时间为8～15min，例如8min、8.5min、9min、10min、11min、12min、13min、14min、14.5min或15min等。
优选地，所述光刻胶为聚甲基丙烯酸甲酯和/或聚二甲基硅氧烷。
其中，在多壁碳纳米管、基底和风叶上旋涂光刻胶是为了在刻蚀过程中对多壁碳纳米管、基底和风叶进行保护，且在刻蚀结束后容易去除。
以上所述碳基纳米发电机的用途，其应用于微型供电领域。
本发明提供的新型高效碳基纳米发电机在基底上设置第一电极和第二电极，并在两电极中包覆固定有一根悬空状态的多壁碳纳米管，其外层多壁碳纳米管经处理后短于内层碳纳米管且一侧径向开口，外层多壁碳纳米管与风叶固定连接。由于多壁碳纳米管层壁之间呈超润滑状态，从而使得外层多壁碳纳米管很容易地在外力(即风叶带动)作用下被带动而绕内层多壁碳纳米管转动，内层多壁碳纳米管不断切割外层多壁碳纳米管切口处提供的磁力线，根据法拉第电磁感应定律，于是有电流在内层多壁碳纳米管中不断传导。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
此新型高效碳基风力纳米发电机的多壁碳纳米管的直径很小(约为10-30nm)，相应的基于单根多壁碳纳米管的碳基风力纳米发电机尺寸由第一电极和第二电极的尺寸决定。
该高效碳基风力纳米发电机的供电效率高，由于多壁碳纳米管的内外层壁的超润滑状态，基于单根多壁碳纳米管的纳米发电机耗能很少，机械能转换为电能的转换效率高，转换效率可达90％以上。
该高效碳基风力纳米发电机的可靠性高：多壁碳纳米管具有高模量和高强度，且其熔点为已知材料中最高的。其两端又被固定于电极之中，所以基于单根多壁碳纳米管的纳米发电机具有优良的力学稳定性，可靠性较高。
附图说明
图1是本发明实施例1中提供的高效碳基风力纳米发电机的结构示意图；
图2是实施例1中提供的高效碳基风力纳米发电机中多壁碳纳米管和风叶连接的截面图；
图3是实施例1中提供的高效碳基风力纳米发电机的工作原理图；
图4是实施例1中提供的高效碳基风力纳米发电机的工作原理图；
图5是本发明实施例5中提供的高效碳基风力纳米发电机制备方法的工艺流程图；
其中1-基底，2-绝缘层，3-第一电极，4-第二电极，5-内层多壁碳纳米管，6-外层多壁碳纳米管，7-风叶。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1：高效碳基风力纳米发电机及其工作流程
本实施例提供了一种高效碳基风力纳米发电机如图1所示，其包括基底1、第一电极3、第二电极4、内层多壁碳纳米管5、外层多壁碳纳米管6和风叶7。
其中，所述第一电极3置于基底1一侧，作为发电机的正电极，其材料为金属材料Cu；第二电极置于基底1上与第一电极3相对一侧，作为发电机的负电极，其材料为金属材料Cu；内层多壁碳纳米管5的一端固定于第一电极3上，内层多壁碳纳米管5的另一端固定于第二电极4上，用于传到电流；外层多壁碳纳米管6与内层多壁碳纳米管5同轴并套于内层多壁碳纳米管5上，用于旋转并提供变换的磁场；风叶7固定于外层多壁碳纳米管6上，且与外层多壁碳纳米管6的开口处的每一壁面连接(如图2所示)，并且不与基地1相接触，其在风力作用下能带动外层多壁碳纳米管6绕内层多壁碳纳米管5转动。
所述外层多壁碳纳米管6的长度小于内层多壁碳纳米管5的长度。
所述多壁碳纳米管的壁数≥2。
所述外层多壁碳纳米管6的一侧有径向开口，且径向开口的深度为5nm。
所述基底1的表面具有绝缘层2，其材料为聚四氟乙烯。
所述基底1的材料为非金属材料Si。
图3和图4所示，其是高效碳基风力纳米发电机的工作原理图，从图中可以看出，基于合适的第一电极3和第二电极4的厚度、内层碳纳米管5与外层碳纳米管6间超润滑的特性，外侧多壁碳纳米管6的径向开口处有电磁场存在，且磁感线垂直于内层多壁碳纳米管5。在风力作用下，风叶7带动外层多壁碳纳米管6环绕内层多壁碳纳米管5转动时(转动方向如图3和图4所示)，内层多壁碳纳米管5就产生了相对地切割磁感线的运动。根据法拉第电磁感应定律，将有电流产生，且沿内层多壁碳纳米管5进行传导，其转换效率可达90％以上。
实施例2：高效碳基风力纳米发电机及其工作流程
除外层多壁碳纳米管6的一侧的径向开口的深度为10nm，第一电极3和第二电极的金属材料为Fe，绝缘层2材料为聚二甲基硅氧烷，基底1材料为非金属氧化物材料SiO2外，其他过程均与实施例1中相同。
实施例3：高效碳基风力纳米发电机及其工作流程
除外层多壁碳纳米管6的一侧的径向开口的深度为1nm，第一电极3和第二电极的金属材料为Fe和Cu的合金，绝缘层2材料为SiO2和Al2O3的混合物，基底1材料为非金属氧化物材料Si和SiO2的混合物外，其他过程均与实施例1中相同。
实施例4：高效碳基风力纳米发电机及其工作流程
除第一电极3和第二电极的金属材料为Al，绝缘层2材料为聚四氟乙烯和聚二甲基硅氧烷的混合物外，其他过程均与实施例1中相同。
实施例5：高效碳基风力纳米发电机的制备方法
图5是本发明中高效碳基风力纳米发电机制备方法的工艺流程图，如图5所示，其制备方法如下：
步骤S1：多壁碳纳米管的筛选
用超声将分散于溶液中的多壁碳纳米管滴加在基底1上面，然后用氮气枪吹干，用扫描电子显微镜观察多壁碳纳米管形貌，然后筛选出离散、单根、无弯曲且长度为25μm多壁碳纳米管，并记录多壁碳纳米管的位置。
其中，所述多壁碳纳米管优选为两壁或两壁以上的单根多壁碳纳米管；所述多壁碳纳米管的制备方法为化学气相沉积法。所述记录的位置包括多壁碳纳米管的两端相对于对准标记的位置和夹角。
S2：多壁碳纳米管进行开口处理
利用刻蚀技术在筛选出的多壁碳纳米管上表面进行刻蚀，得到一侧径向开口的多壁碳纳米管。
S3：在基底1和一侧径向开口的多壁碳纳米管上旋涂第一层光刻胶。
在基底1和一侧径向开口的多壁碳纳米管上旋涂第一层光刻胶，该层光刻胶的材料为聚甲基丙烯酸甲酯，其厚度为30nm-200nm。
S4：在旋涂了一层光刻胶的多壁碳纳米管上形成风叶
利用电子束曝光技术，在旋涂了一层光刻胶的多壁碳纳米管上曝光风叶位置的光刻胶，经过显影、金属蒸镀、剥离(lift-off)形成风叶7。
S5：利用刻蚀技术将上一步中暴露的多壁碳纳米管两端外部碳纳米管刻蚀并去除，形成内层多壁碳纳米管5。
S6：在基底1、风叶7、内层多壁碳纳米管5和外层多壁碳纳米管6上旋涂第二层光刻胶。
在基底1、风叶7、内层多壁碳纳米管5和外层多壁碳纳米管6上旋涂第二层光刻胶，该光刻胶的材料为聚甲基丙烯酸甲酯其厚度为30nm-200nm。
S7：在第二层光刻胶的基础上制备第一电极3和第二电极4。
利用电子束直写技术，根据预设的第一电极3和第二电极4的形状和尺寸，刻蚀第二层光刻胶，显影后形成凹槽，凹槽尺寸及形状与第一电极3和第二电极4的形状和尺寸相同，然后在凹槽上沉积第一电极3和第二电极4的金属材料，通过剥离形成第一电极3和第二电极4。
S8：对风叶7进行腐蚀处理
利用腐蚀技术，对基底1上的绝缘层进行腐蚀，通过控制腐蚀时间，腐蚀时间为10min，使风叶悬空，制备得到碳基纳米发电机。
实施例6：高效碳基风力纳米发电机的制备方法
除S1中用氦气枪吹干，且筛选出的多壁碳纳米管的长度为5μm，光刻胶的材料为聚二甲基硅氧烷，S8中腐蚀时间为8min外，其他步骤均与实施例5中相同。
实施例7：实施例6：高效碳基风力纳米发电机的制备方法
除S1中用氦气枪吹干，且筛选出的多壁碳纳米管的长度为50μm，光刻胶的材料为聚甲基丙烯酸甲酯和聚二甲基硅氧烷的混合物，S8中腐蚀时间为15min外，其他步骤均与实施例5中相同。
本发明提供的高效碳基风力纳米发电机的多壁碳纳米管的直径很小(约为10-30nm)，相应的基于单根多壁碳纳米管的碳基风力纳米发电机尺寸由第一电极和第二电极的尺寸决定。
该高效碳基风力纳米发电机的供电效率高，由于多壁碳纳米管的内外层壁的超润滑状态，基于单根多壁碳纳米管的纳米发电机耗能很少，机械能转换为电能的转换效率高，转换效率可达90％以上。
该高效碳基风力纳米发电机的可靠性高：多壁碳纳米管具有高模量和高强度，且其熔点为已知材料中最高的。其两端又被固定于电极之中，所以基于单根多壁碳纳米管的纳米发电机具有优良的力学稳定性，可靠性较高。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (29)

1.一种碳基纳米发电机，其特征在于，所述发电机包括基底(1)、第一电极(3)、第二电极(4)、内层多壁碳纳米管(5)、外层多壁碳纳米管(6)和风叶(7)；
其中，所述第一电极(3)置于基底(1)一侧，第二电极(4)置于基底(1)上与第一电极(3)相对一侧；内层多壁碳纳米管(5)的一端固定于第一电极(3)上，内层多壁碳纳米管(5)的另一端固定于第二电极(4)上；外层多壁碳纳米管(6)与内层多壁碳纳米管(5)同轴并套于内层多壁碳纳米管(5)上；风叶(7)固定于外层多壁碳纳米管(6)上。
2.如权利要求1所述的碳基纳米发电机，其特征在于，所述外层多壁碳纳米管(6)的长度小于内层多壁碳纳米管(5)的长度。
3.如权利要求1所述的碳基纳米发电机，其特征在于，所述多壁碳纳米管的壁数≥2。
4.如权利要求1所述的碳基纳米发电机，其特征在于，所述外层多壁碳纳米管(6)的一侧有径向开口。
5.如权利要求4所述的碳基纳米发电机，其特征在于，所述径向开口的深度为1～10nm。
6.如权利要求1所述的碳基纳米发电机，其特征在于，所述基底(1)的表面具有绝缘层(2)。
7.如权利要求1所述的碳基纳米发电机，其特征在于，所述基底(1)的材料为非金属材料和/或非金属氧化物材料。
8.如权利要求7所述的碳基纳米发电机，其特征在于，所述基底(1)的材料为Si和/或SiO2。
9.如权利要求6所述的碳基纳米发电机，其特征在于，所述绝缘层(2)的材料为SiO2、Al2O3、聚四氟乙烯或聚二甲基硅氧烷中任意一种或至少两种的组合。
10.如权利要求1所述的碳基纳米发电机，其特征在于，所述第一电极(3)和第二电极(4)的材料为金属材料。
11.如权利要求10所述的碳基纳米发电机，其特征在于，所述金属材料为Cu、Al、Fe、Co、Ag、Pt、Au、Ti、Gr或Ni中任意一种或至少两种的组合。
12.如权利要求1所述的碳基纳米发电机，其特征在于，所述风叶(7)由具有纳米尺寸厚度的金属材料组成。
13.如权利要求12所述的碳基纳米发电机，其特征在于，所述金属材料为Cu、Al、Fe、Co、Ag、Pt、Au、Ti、Gr或Ni中任意一种或至少两种的组合。
14.如权利要求4所述的碳基纳米发电机，其特征在于，所述风叶(7)与外层多壁碳纳米管(6)的开口处的每一层壁面连接。
15.如权利要求1所述的碳基纳米发电机，其特征在于，所述风叶(7)不与基底(1)相接触。
16.如权利要求1-15任一项所述的碳基纳米发电机的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)在基底(1)上进行多壁碳纳米管的筛选；
(2)对经过筛选的多壁碳纳米管进行开口处理；
(3)在经过开口处理的多壁碳纳米管上旋涂一层光刻胶；
(4)在旋涂了一层光刻胶的多壁碳纳米管上形成风叶；
(5)在形成了风叶的多壁碳纳米管两端进行刻蚀，然后将刻蚀掉的多壁碳纳米管去除形成内层多壁碳纳米管(5)和外层多壁碳纳米管(6)；
(6)在基底(1)、风叶(7)、内层多壁碳纳米管(5)和外层多壁碳纳米管(6)上旋涂第二层光刻胶；
(7)在第二层光刻胶的基础上制备第一电极(3)和第二电极(4)；
(8)对风叶(7)进行腐蚀处理，得到碳基纳米发电机。
17.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)在基底(1)上进行多壁碳纳米管的筛选为：
将多壁碳纳米管分散置于基底(1)上，用扫描电子显微镜观察多壁碳纳米管形貌，然后筛选出离散、单根且无弯曲的多壁碳纳米管，并记录多壁碳纳米管的位置。
18.如权利要求17所述的制备方法，其特征在于，所述多壁碳纳米管采用电弧放电方法或化学气相沉积法制备得到。
19.如权利要求16所述的制备方法，其特征在于，筛选出的多壁碳纳米管长度为5～50μm。
20.如权利要求17所述的制备方法，其特征在于，将多壁碳纳米管分散置于基底(1)上采用以下方法：用超声将分散于溶液中的多壁碳纳米管滴加在基底(1)上面，然后吹干。
21.如权利要求20所述的制备方法，其特征在于，所述吹干采用氮气枪、氦气枪或氩气枪中任意一种吹干。
22.如权利要求17所述的制备方法，其特征在于，所述记录多壁碳纳米管的位置包括多壁碳纳米管的两端相对于对准标记的位置和夹角。
23.如权利要求16所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)对经过筛选的多壁碳纳米管进行开口处理是采用刻蚀技术对多壁碳纳米管的上表面进行刻蚀，得到一侧径向开口的多壁碳纳米管。
24.如权利要求16所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)在旋涂了一层光刻胶的多壁碳纳米管上形成风叶是采用电子束曝光技术，曝光待形成风叶位置处的光刻胶，然后显影、金属蒸镀和剥离光刻胶形成风叶(7)。
25.如权利要求16所述的制备方法，其特征在于，步骤(7)在第二层光刻胶的基础上制备第一电极(3)和第二电极(4)包括以下步骤：
利用电子束直写技术，根据预设的第一电极(3)和第二电极(4)的形状和尺寸，刻蚀第二层光刻胶，显影后形成凹槽，然后在凹槽上沉积第一电极(3)和第二电极(4)的金属材料，通过剥离形成第一电极(3)和第二电极(4)。
26.如权利要求25所述的制备方法，其特征在于，所述凹槽的尺寸及形状与第一电极(3)和第二电极(4)的形状和尺寸相同。
27.如权利要求16所述的制备方法，其特征在于，步骤(8)中的腐蚀时间为8～15min。
28.如权利要求25所述的制备方法，其特征在于，所述光刻胶为聚甲基丙烯酸甲酯和/或聚二甲基硅氧烷。
29.如权利要求1-15任一项所述的碳基纳米发电机的用途，其应用于微型供电领域。
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