CN113922696B - 一种荷叶仿生结构的鱼明胶摩擦纳米发电机及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种荷叶仿生结构的鱼明胶摩擦纳米发电机及其制备方法，解决现有提升摩擦纳米发电机性能的方法成本较高且不环保的不足之处。一种具有荷叶仿生结构的摩擦纳米发电机，包括相对设置的第一导电层和第二导电层，且第一导电层和第二导电层相对的表面上分别设置有第一摩擦层和第二摩擦层，所述第一导电层和第二导电层之间通过导线向外部设备输送电能，所述第一摩擦层和第二摩擦层相对的表面、位于同一方位相对两个边缘上均粘贴有绝缘材料；所述第一摩擦层和/或第二摩擦层相对的表面具有荷叶表面仿生结构，且第一摩擦层的材质为鱼明胶，第二摩擦层的材质为聚二甲基硅氧烷。
Description
技术领域
发明属于纳米能源技术领域，具体涉及一种荷叶仿生结构的鱼明胶摩擦纳米发电机及其制备方法。
背景技术
当今物联网的实现需要大量的传感器，考虑到电池使用寿命的有限性、分布的广泛性、高昂的维护成本以及面临的环境问题，采用电池作为传感器的动力来源可能不是最优的解决方案。
纳米发电机的研发能够从环境中获取能量，使设备自供电，从而维护设备可持续运行。其中，摩擦纳米发电机(TENG)是一种利用摩擦起电效应与静电感应效应耦合的新型能源转换装置。该装置结构简便、环境适应性好、输出性能高、稳定性出色，能够将多种形式的机械能转换为电能。
现代技术制作的摩擦纳米发电机(TENG)通常选用两种具有得失电子能力差异的材料组成摩擦对，其中垂直-接触分离类型的摩擦纳米发电机，在两个摩擦材料背部贴上电极，连接外电路，通过周期性的接触分离，当两种材料相互接触时，电子发生转移，在两个接触表面形成符号相反的表面电荷，当两种材料分离时，中间形成小的空隙，材料两端处的电极层就会产生电势差，为了平衡电势差，电子通过外接电路流向另一极，循环反复的过程中形成交流电，通过外接设备收集电能。而摩擦纳米发电机的性能受所选用摩擦材料得失电子能力强弱以及摩擦材料的表面形貌影响。选取得失电子能力差异大的材料摩擦对或者对摩擦材料表面结构进行处理是提高摩擦纳米发电机性能的有效途径。通过选用强得失电子能力的摩擦材料来提高纳米发电机性能的方式中，目前大多采用的摩擦材料是聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯(PE)和氟化乙丙烯(FEP)等不可生物降解的聚合物，以及铝、银等贵金属材料作为电极或者得电子摩擦材料。另一种方式通过对摩擦纳米发电机的摩擦材料表面结构进行修饰的方法提高摩擦纳米发电机的性能，现代技术多采用激光刻蚀，酸碱刻蚀等成本较高且不环保的方式。
鉴于上述原因，探究制备绿色天然高性能的摩擦纳米发电机成为一个重要的研究课题，寻找一种经济、轻质、生物相容性好、可降解的新型摩擦材料以及使用绿色环保的方式修饰摩擦材料表面结构，制备高性能TENG是摩擦纳米发电机领域重要的研究方向之一。
发明内容
本发明的目的在于解决现有提升摩擦纳米发电机性能的方法成本较高且不环保的不足之处，而提供一种荷叶仿生结构的鱼明胶摩擦纳米发电机。
为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：
一种具有荷叶仿生结构的摩擦纳米发电机，包括相对设置的第一导电层和第二导电层，且第一导电层和第二导电层相对的表面上分别设置有第一摩擦层和第二摩擦层，所述第一导电层和第二导电层之间通过导线向外部设备输送电能，其特殊之处在于：
所述第一摩擦层和第二摩擦层相对的表面、位于同一方位相对两个边缘上均粘贴有绝缘材料；
所述第一摩擦层和/或第二摩擦层相对的表面具有荷叶表面仿生结构，且第一摩擦层的材质为鱼明胶，第二摩擦层的材质为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
进一步地，所述绝缘材料厚度为3mm，具体厚度可根据需求调整。
同时，鉴于上述结构的多样性，本发明还提供了三种上述具有荷叶仿生结构的摩擦纳米发电机的制备方法，
第一种，包括以下步骤：
1)配置聚二甲基硅氧烷前驱体溶液和鱼明胶溶液；
使用双面胶将干净的新鲜荷叶平整的粘贴在PMMA板上，且荷叶具有凸起的一面朝上；
2)将步骤1)配置好的聚二甲基硅氧烷前驱体溶液均匀涂敷在步骤1)粘平的荷叶表面，加热干燥，成膜剥离后获得具有荷叶表面仿生反结构的聚二甲基硅氧烷模板；
3)将鱼明胶溶液浇筑在步骤2)获得的聚二甲基硅氧烷模板上，自然风干，剥离后获得具有荷叶表面仿生结构的鱼明胶薄膜；
4)将步骤3)剥离后获得的鱼明胶薄膜和采用步骤1)配置的聚二甲基硅氧烷前驱体溶液制备的具有平滑结构的聚二甲基硅氧烷薄膜分别作为第一摩擦层和第二摩擦层面对面设置，背面粘接在由金属箔制得的第一导电层和第二导电层上，使用外接导线导出，并且在两个摩擦层相对的表面、位于同一方位相对两个边缘上均粘贴绝缘材料，组装成拱形摩擦纳米发电机。其中，第一摩擦层和第二摩擦层分别作为正负极摩擦材料组成摩擦材料对，摩擦材料中间层通过弯曲PDMS构建出拱形结构，做分离层。
第二种，包括以下步骤：
1)配置聚二甲基硅氧烷前驱体溶液和鱼明胶溶液，且使用双面胶将干净的新鲜荷叶平整的粘贴在PMMA板上，且荷叶具有凸起的一面朝上；
2)将步骤1)配置好的鱼明胶溶液通过胶头滴管转移涂敷在步骤1)粘平的荷叶表面，自然风干成膜并剥离，获得具有荷叶表面仿生反结构的鱼明胶模板；
3)将步骤1)配置的聚二甲基硅氧烷溶液均匀涂敷在步骤2)获得的鱼明胶模板上，加热干燥，成膜剥离后获得具有荷叶表面仿生结构的聚二甲基硅氧烷薄膜；
4)采用步骤1)配置的鱼明胶溶液制备的具有平滑结构的鱼明胶薄膜和将步骤3)剥离后获得的聚二甲基硅氧烷薄膜分别作为第一摩擦层和第二摩擦层面对面设置，背面粘接在由金属箔制得的第一导电层和第二导电层上，使用外接导线导出，并且在两个摩擦层相对的表面、位于同一方位相对两个边缘上均粘贴绝缘材料，组装成拱形摩擦纳米发电机。其中，第一摩擦层和第二摩擦层分别作为正负极摩擦材料组成摩擦材料对，摩擦材料中间层通过弯曲PDMS构建出拱形结构，做分离层。
第三种，包括以下步骤：
1)配置聚二甲基硅氧烷前驱体溶液和鱼明胶溶液；
使用双面胶将两片干净的新鲜荷叶平整的粘贴在PMMA板上，且荷叶具有凸起的一面朝上；
2)将步骤1)配置好的鱼明胶溶液通过胶头滴管转移涂敷在步骤1)粘平的一片荷叶表面，自然风干成膜并剥离，获得具有荷叶表面仿生反结构的鱼明胶模板；
将步骤1)配置好的聚二甲基硅氧烷前驱体溶液均匀涂敷在步骤1)粘平的另一片荷叶表面，加热干燥，成膜剥离后获得具有荷叶表面仿生反结构的聚二甲基硅氧烷模板；
3)将步骤1)配置的鱼明胶溶液浇筑在步骤2)获得的聚二甲基硅氧烷模板上，自然风干，剥离后获得具有荷叶表面仿生结构的鱼明胶薄膜；
将步骤1)配置的聚二甲基硅氧烷溶液均匀涂敷在步骤2)获得的鱼明胶模板上，加热干燥，成膜剥离后获得具有荷叶表面仿生结构的聚二甲基硅氧烷薄膜；
4)采用步骤3)剥离后获得的鱼明胶薄膜和聚二甲基硅氧烷薄膜分别作为第一摩擦层和第二摩擦层面对面设置，背面粘接在由金属箔制得的第一导电层和第二导电层上，使用外接导线导出，并且在两个摩擦层相对的表面、位于同一方位相对两个边缘上均粘贴绝缘材料，组装成拱形摩擦纳米发电机。其中，第一摩擦层和第二摩擦层分别作为正负极摩擦材料组成摩擦材料对，摩擦材料中间层通过弯曲PDMS构建出拱形结构，做分离层。
针对上述三种制备方法，进一步地，步骤1)中，所述聚二甲基硅氧烷前驱体溶液采用道康宁DC184款PDMS聚二甲基硅氧烷，按照基本组分与固化剂10:1的质量比混合配置，采用玻璃棒搅拌均匀，静置后，放入真空箱抽真空，去除溶液中的气泡；
所述鱼明胶溶液由鱼明胶粉末与去离子水按照1:6.5质量比混合，搅拌均匀至溶液澄清，配制成鱼明胶溶液；
或者，通过水热法从洁净的鱼鳞中提取出鱼明胶溶液，具体为：
S1.使用鱼鳞(比如废弃鱼鳞)作为原材料，将鱼鳞用去离子水清洗干净，放置超声清洗仪中超声清洗数分钟；
S2.通过水热法将鱼鳞放置在含有去离子水烧杯中，从鱼鳞中提取出鱼明胶溶液。
进一步地，步骤1)中，所述干净的新鲜荷叶尺寸为6cm*6cm，使用前用去离子水清洗表面。具体操作步骤如下：取新鲜荷叶，用自来水清洗荷叶表面，去除杂质；将洗净的荷叶裁剪为需要的尺寸(比如6cm*6cm)，并用去离子水清洗表面；然后使用双面胶将其背面粘接在PMMA板上。
进一步地，步骤4)中，选用铜箔作为第一导电层和第二导电层。
进一步地，因为PDMS黏度较大，为了使成膜更加均匀，采用棒涂法将聚二甲基硅氧烷前驱体溶液均匀涂覆在荷叶表面，且涂敷后置于烘箱中80℃，加热半小时成膜。
上述具有荷叶仿生结构的鱼明胶摩擦纳米发电机的使用方法，其特殊之处在于：用手或者工具代替物按一定频率拍打摩擦纳米发电机，使正负摩擦材料之间发生接触分离行为，感应出正负电荷，并通过两个导层处引出的导线，向外部输送高压交流电。
本发明的优点：
1.本发明通过模板转印法，将荷叶表面结构转印至鱼明胶薄膜上，获得具有高性能的鱼明胶摩擦纳米发电机，以其中一个结构为例，具体是先使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)成膜转印荷叶表面结构，形成具有荷叶表面反结构的聚二甲基硅氧烷模板(薄膜)，再利用鱼明胶浇筑成型，转印荷叶表面结构，形成具有荷叶表面结构的鱼明胶薄膜，两个薄膜组成TENG的摩擦材料对，然后以金属箔(例如铜箔胶带)作为摩擦材料的电极层，利用具有特殊结构的两个摩擦材料制作成摩擦纳米发电机。本发明使用成膜转印的方式制作摩擦薄膜材料，薄膜具有高疏水性、高性能，使用具有荷叶仿生结构的鱼明胶和PDMS组合制备拱形结构的摩擦纳米发电机。
2.本发明通过简单的结构优化，利用新鲜干净的荷叶，实现绿色无污染的表面处理方式，形成了具有荷叶仿生结构(一种圆润的“类金字塔”型结构)的摩擦层，整体对摩擦材料表面进行粗糙化处理，可有效提高摩擦材料之间相互接触面积，大力改善了摩擦纳米发电机性能，提高摩擦纳米发电机的输出电压与电流；并且该结构制备方法成本低、操作简单，通过简单的转印、浇筑成型的方法便可制备，除了本发明摩擦材料外，还适用于其他可浇筑成型的摩擦材料。
3.本发明制备的具有特殊凸起结构的高性能摩擦纳米发电机具有柔性、生物相容性，可将日常生活中产生的机械势能转换为电能储存起来，比如收集日常生活中人体活动产生的机械能，并转换为电能，应用于电子器件，有望解决可穿戴设备的持续供能问题。
4.本发明受自然中荷叶表面凸起结构的启发，将荷叶表面凸起结构转印在摩擦纳米发电机的摩擦材料表面，有效的提高薄膜表面疏水能力和比表面积，具有特殊结构的薄膜其接触角明显增大，其带电荷量增加，在组装成摩擦纳米发电机后，因其摩擦材料在发生接触分离过程中，会感应出更多的电荷量，组装成的摩擦纳米发电机，相较于未处理的摩擦纳米发电机具有较大的性能提高。经过实验检测，5cm*5cm尺寸的摩擦纳米发电机器件开路电压可以达到了300V，电流达到了0.8μA。同时器件具有可靠的稳定性，多次按压之后，仍能保持电学性能。
附图说明
图1为制备方法的步骤示意图；
图2为具有凸起、凹陷、平滑结构的鱼明胶薄膜的SEM图，其中，(A)为凸起结构，(B)为凹陷结构，(C)为平滑结构；
图3为经过表面转印处理之后的不同表面结构鱼明胶薄膜的接触角，其中，(A)和(D)为凸起结构，(B)和(E)为凹陷结构，(C)和(F)为平滑结构；
图4为具有荷叶凸起结构鱼明胶摩擦纳米发电机的性能图；图中自左向右依次为光滑结构鱼明胶摩擦米发电机性能为50V、0.2μA，凹陷结构鱼明胶摩擦纳米发电机性能为147V、0.39μA，单凸起结构鱼明胶摩擦纳米发电机性能为300V、0.8μA，双凸起结构鱼明胶摩擦纳米发电机性能为320V、0.86μA。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步的详细描述：
实施例1：
具有平滑结构的鱼明胶摩擦纳米发电机的制备方法，步骤如下：
1)将提前准备好的鱼明胶粉末与去离子水按照重量比1:6.5比例混合，置磁力搅拌机上搅拌均匀至溶液澄清，配制成鱼明胶溶液；
2)将鱼明胶溶液通过胶头滴管转移涂敷在PMMA板上；
3)在通风橱干净环境下，自然风干成膜并剥离，制得具有荷叶表面平滑结构的鱼明胶薄膜，薄膜的水接触角为68°，参见图2的(C)以及图3的(C)和(F)；
4)配置PDMS前驱体溶液，配比为固化剂：溶液＝1:10，玻璃棒搅拌5min；
5)将配置好的PDMS前驱体溶液静置15min，去除前驱体溶液中气泡；
6)将PDMS前驱体溶液涂敷在PMMA板表面，放置80℃烘箱30分钟成膜并剥离；
7)将具有平滑结构的鱼明胶薄膜和PDMS薄膜背面贴上铜箔做电极，使用外接导线导出；
8)使用双面胶和绝缘材料粘贴鱼明胶薄膜和PDMS薄膜摩擦材料边缘，将薄膜组装成拱形摩擦纳米发电机。
为了验证制备的拱形摩擦纳米发电机的性能，本实施例还进行了以下步骤：
(1)对具有平滑结构的鱼明胶摩擦纳米发电机进行电压信号、电流信号表征；
(2)平滑结构鱼明胶摩擦纳米发电机性能如图4表示，其输出电压为50V，输出电流为0.2μA。
实施例2：
具有荷叶仿生凹陷结构的鱼明胶摩擦纳米发电机的制备方法，步骤如下：
1)取新鲜荷叶，用自来水清洗荷叶表面，去除杂质；
2)将洗干净的荷叶裁剪成尺寸6cm*6cm形状，使用去离子水清洗表面；
3)将清洗后的荷叶使用双面胶背面粘平在PMMA板上；
4)将提前准备好的鱼明胶粉末与去离子水按照重量比1:6.5比例混合，置磁力搅拌机上搅拌均匀至溶液澄清，配制成鱼明胶溶液；
5)将鱼明胶溶液通过胶头滴管转移涂敷在粘平的干净荷叶表面；
6)在通风橱干净环境下，自然风干成膜并剥离，制得具有荷叶表面凹陷结构的鱼明胶薄膜，薄膜的水接触角为112°，参见图2的(B)以及图3的(B)和(E)；
7)配置PDMS前驱体溶液，配比为固化剂：溶液＝1:10，玻璃棒搅拌5min；
8)将配置好的PDMS前驱体溶液静置15min，抽真空去除前驱体溶液中气泡；
9)将PDMS前驱体溶液涂敷在PMMA板表面，放置80℃烘箱30分钟成膜并剥离；
10)将具有凹陷结构的鱼明胶薄膜和PDMS薄膜背面贴上铜箔做电极，使用外接导线导出；
11)使用双面胶和绝缘材料粘贴鱼明胶薄膜和PDMS薄膜摩擦材料边缘，将薄膜组装成拱形摩擦纳米发电机。
为了验证制备的拱形摩擦纳米发电机的性能，本实施例还进行了以下步骤：
1)具有荷叶凹陷仿生结构的鱼明胶摩擦纳米发电机进行电压信号、电流信号表征；
2)凹陷结构鱼明胶摩擦纳米发电机性能如图4表示，其输出电压为147V，输出电流为0.4μA。
实施例3：
具有荷叶仿生凸起结构的鱼明胶摩擦纳米发电机的制备方法，如图1所示，步骤如下：
1)取新鲜荷叶，用自来水清洗荷叶表面，去除杂质；
2)将洗干净的荷叶裁剪成尺寸6cm*6cm形状，使用去离子水清洗表面；
3)将清洗后的荷叶使用双面胶背面粘平在PMMA板上；
4)配置PDMS前驱体溶液，配比为固化剂：溶液＝1:10，玻璃棒搅拌5min；
5)将配置好的PDMS前驱体溶液静置15min，去除前驱体溶液中气泡；
6)采用棒涂法将静置后的PDMS前驱体溶液均匀涂抹在裁剪的荷叶上；
7)将涂覆过PDMS溶液置于烘箱中加热干燥，成膜，制得具有荷叶反结构的PDMS模板；
8)将鱼明胶粉末和去离子水按重量比1:6.5的比例混合，搅拌均匀配置成鱼明胶溶液；
9)把鱼明胶溶液浇筑在具有荷叶反结构的PDMS模板上；
10)在通风橱干净环境下，自然风干成膜，制得具有荷叶表面凸起结构的鱼明胶薄膜，其水接触角为134°，参见图2的(A)以及图3的(A)和(D)，可见已成功将荷叶表面结构转印至鱼明胶薄膜功能材料上，并且表明具有荷叶凸起结构的鱼明胶薄膜具有较大的接触角，表现出疏水性，成功改良薄膜的表面亲疏水性；
11)将具有仿生结构的鱼明胶薄膜和PDMS薄膜背面贴上铜箔做电极，使用外接导线导出；
12)利用双面胶和绝缘材料粘贴边缘，将薄膜组装成拱形摩擦纳米发电机。
为了验证制备的拱形摩擦纳米发电机的性能，本实施例还进行了以下步骤：
1)对具有荷叶凸起仿生结构的鱼明胶摩擦纳米发电机进行电压信号、电流信号表征；
2)实验得出结果如图4中凸起结构电压电流信号所示，电压300V，电流0.8μA。
实施例4：
具有凸起结构的鱼明胶/PDMS摩擦纳米发电机的制备方法，步骤如下：
1)取新鲜荷叶，用自来水清洗荷叶表面，去除杂质；
2)将洗干净的荷叶裁剪成尺寸6cm*6cm形状，使用去离子水清洗表面，取两份备用；
3)将清洗后的荷叶使用双面胶背面粘平在PMMA板上；
4)将提前准备好的鱼明胶粉末与去离子水按照重量比1:6.5比例混合，置磁力搅拌机上搅拌均匀至溶液澄清，配制成鱼明胶溶液；
5)配置PDMS前驱体溶液，配比为：固化剂：溶液＝1:10，玻璃棒搅拌5min；
6)将配置好的PDMS前驱体溶液静置15min，去除前驱体溶液中气泡；
7)采用棒涂法将静置后的PDMS前驱体溶液均匀涂抹在裁剪的荷叶上；
8)将涂覆过PDMS溶液置于烘箱中加热干燥，成膜，制得具有荷叶反结构的PDMS模板；
9)将鱼明胶溶液通过胶头滴管转移涂敷在粘平的干净荷叶表面；
10)在通风橱干净环境下，自然风干成膜并剥离，制得具有荷叶表面反结构的鱼明胶薄膜；
11)把鱼明胶溶液浇筑在具有荷叶反结构的PDMS模板上；
12)在通风橱干净环境下，自然风干成膜，制得具有荷叶表面凸起结构的鱼明胶薄膜，用作摩擦纳米发电机的正极摩擦材料；
13)将PDMS前驱体溶液均匀涂在具有荷叶反结构的鱼明胶薄膜表面，放置80℃烘箱30分钟成膜并剥离，制得具有荷叶表面凸起结构的PDMS薄膜，用作摩擦纳米发电机的负极摩擦材料；
14)将具有荷叶仿生结构的鱼明胶薄膜和PDMS薄膜背面贴上铜箔做电极，使用外接导线导出；
15)使用双面胶和绝缘材料粘贴鱼明胶薄膜和PDMS薄膜摩擦材料边缘，将薄膜组装成拱形摩擦纳米发电机。
为了验证制备的拱形摩擦纳米发电机的性能，本实施例还进行了以下步骤：
1)对具有荷叶仿生结构的鱼明胶摩擦纳米发电机进行电压信号、电流信号表征；
2)双凸起结构鱼明胶摩擦纳米发电机性能如图4表示，其输出电压为320V，输出电流为0.86μA。
从上述各个案例中对比，具有荷叶凸起仿生结构的鱼明胶摩擦纳米发电机相比较于平滑结构的摩擦纳米发电机，电学性能提高了将近5倍，并且具第一摩擦层和第二摩擦层均具有荷叶凸起仿生结构时，效果更优。这得益于摩擦材料表面的荷叶仿生凸起微结构，可以增加摩擦材料的比表面积，增大摩擦材料表面带电荷量，实现增加摩擦纳米发电机的输出性能。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有荷叶仿生结构的摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)配置聚二甲基硅氧烷前驱体溶液和鱼明胶溶液；
使用双面胶将干净的新鲜荷叶平整的粘贴在PMMA板上，且荷叶具有凸起的一面朝上；
2)将步骤1)配置好的聚二甲基硅氧烷前驱体溶液均匀涂敷在步骤1)粘平的荷叶表面，加热干燥，成膜剥离后获得具有荷叶表面仿生反结构的聚二甲基硅氧烷模板；
3)将鱼明胶溶液浇筑在步骤2)获得的聚二甲基硅氧烷模板上，自然风干，剥离后获得具有荷叶表面仿生结构的鱼明胶薄膜；
4)将步骤3)剥离后获得的鱼明胶薄膜和采用步骤1)配置的聚二甲基硅氧烷前驱体溶液制备的具有平滑结构的聚二甲基硅氧烷薄膜分别作为第一摩擦层和第二摩擦层面对面设置，背面粘接在由金属箔制得的第一导电层和第二导电层上，使用外接导线导出，并且在两个摩擦层相对的表面、位于同一方位相对两个边缘上均粘贴绝缘材料，组装成拱形摩擦纳米发电机。
2.一种具有荷叶仿生结构的摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)配置聚二甲基硅氧烷前驱体溶液和鱼明胶溶液，且使用双面胶将干净的新鲜荷叶平整的粘贴在PMMA板上，且荷叶具有凸起的一面朝上；
2)将步骤1)配置好的鱼明胶溶液通过胶头滴管转移涂敷在步骤1)粘平的荷叶表面，自然风干成膜并剥离，获得具有荷叶表面仿生反结构的鱼明胶模板；
3)将步骤1)配置的聚二甲基硅氧烷溶液均匀涂敷在步骤2)获得的鱼明胶模板上，加热干燥，成膜剥离后获得具有荷叶表面仿生结构的聚二甲基硅氧烷薄膜；
4)采用步骤1)配置的鱼明胶溶液制备的具有平滑结构的鱼明胶薄膜和将步骤3)剥离后获得的聚二甲基硅氧烷薄膜分别作为第一摩擦层和第二摩擦层面对面设置，背面粘接在由金属箔制得的第一导电层和第二导电层上，使用外接导线导出，并且在两个摩擦层相对的表面、位于同一方位相对两个边缘上均粘贴绝缘材料，组装成拱形摩擦纳米发电机。
3.一种具有荷叶仿生结构的摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)配置聚二甲基硅氧烷前驱体溶液和鱼明胶溶液；
使用双面胶将两片干净的新鲜荷叶平整的粘贴在PMMA板上，且荷叶具有凸起的一面朝上；
2)将步骤1)配置好的鱼明胶溶液通过胶头滴管转移涂敷在步骤1)粘平的一片荷叶表面，自然风干成膜并剥离，获得具有荷叶表面仿生反结构的鱼明胶模板；
将步骤1)配置好的聚二甲基硅氧烷前驱体溶液均匀涂敷在步骤1)粘平的另一片荷叶表面，加热干燥，成膜剥离后获得具有荷叶表面仿生反结构的聚二甲基硅氧烷模板；
3)将步骤1)配置的鱼明胶溶液浇筑在步骤2)获得的聚二甲基硅氧烷模板上，自然风干，剥离后获得具有荷叶表面仿生结构的鱼明胶薄膜；
将步骤1)配置的聚二甲基硅氧烷溶液均匀涂敷在步骤2)获得的鱼明胶模板上，加热干燥，成膜剥离后获得具有荷叶表面仿生结构的聚二甲基硅氧烷薄膜；
4)采用步骤3)剥离后获得的鱼明胶薄膜和聚二甲基硅氧烷薄膜分别作为第一摩擦层和第二摩擦层面对面设置，背面粘接在由金属箔制得的第一导电层和第二导电层上，使用外接导线导出，并且在两个摩擦层相对的表面、位于同一方位相对两个边缘上均粘贴绝缘材料，组装成拱形摩擦纳米发电机。
4.根据权利要求1-3任一所述制备方法，其特征在于：
步骤1)中，所述聚二甲基硅氧烷前驱体溶液采用道康宁DC184款PDMS聚二甲基硅氧烷，按照基本组分与固化剂10:1的质量比混合配置，搅拌均匀，静置后，放入真空箱抽真空，去除溶液中的气泡；
所述鱼明胶溶液由鱼明胶粉末与去离子水按照1:6.5质量比混合，搅拌均匀至溶液澄清，配制成鱼明胶溶液；或者，通过水热法从洁净的鱼鳞中提取出鱼明胶溶液。
5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于：
步骤1)中，所述干净的新鲜荷叶尺寸为6cm*6cm，使用前用去离子水清洗表面。
6.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于：
步骤4)中，选用铜箔作为第一导电层和第二导电层。
7.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于：
采用棒涂法将聚二甲基硅氧烷前驱体溶液均匀涂覆在荷叶表面，且涂敷后置于烘箱中80℃，加热半小时成膜。
8.具有荷叶仿生结构的摩擦纳米发电机，包括相对设置的第一导电层和第二导电层，且第一导电层和第二导电层相对的表面上分别设置有第一摩擦层和第二摩擦层，所述第一导电层和第二导电层之间通过导线向外部设备输送电能，
其特征在于：采用权利要求1-7任一所述制备方法得到；
所述第一摩擦层和第二摩擦层相对的表面、位于同一方位相对两个边缘上均粘贴有绝缘材料；
所述第一摩擦层和/或第二摩擦层相对的表面具有荷叶表面仿生结构，且第一摩擦层的材质为鱼明胶，第二摩擦层的材质为聚二甲基硅氧烷；
所述荷叶表面仿生结构为“类金字塔”型结构，通过模版转印法转印至第一摩擦层和/或第二摩擦层表面。
9.根据权利要求8所述具有荷叶仿生结构的摩擦纳米发电机，其特征在于：所述绝缘材料的厚度为3mm。
10.根据权利要求8所述具有荷叶仿生结构的鱼明胶摩擦纳米发电机的使用方法，其特征在于：
用手或者工具代替物按一定频率拍打摩擦纳米发电机，使正负摩擦材料之间发生接触分离行为，感应出正负电荷，并通过两个导层处引出的导线，向外部输送高压交流电。
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