CN115173738A - 一种基于CsPbBr3纳米晶的柔性纳米压电发电机的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了自驱动发电技术领域领域的一种基于CsPbBr3纳米晶的柔性纳米压电发电机的制备方法，包括：步骤一：通过微乳法制备CsPbBr3纳米晶溶液；步骤二：制备CsPbBr3纳米晶与聚二甲基硅氧烷复合薄膜；步骤三：制备柔性纳米压电发电机器件。本发明制备方法制得的纳米发电机具有柔性，且输出电压较高，通过调控频率的大小可以改变产生电压的大小；制备方法所需设备简单、原料供给方便、原料价格低廉，在一般的实验室均能完成，且没有危险性，易于推广。
Description
技术领域
本发明属于自驱动发电技术领域领域，具体涉及一种基于CsPbBr3纳米晶的柔性纳米压电发电机的制备方法。
背景技术
随着信息感知时代的到来，传统供电方式中电池容量和寿命有限且更换困难的问题日益凸显，人们迫切地需要发展便携、可持续和分散的无碳绿色能源来解决这些分布式电子器件的可持续性供电问题，因此，便携式电子设备、植入式医疗器件及无线传感器网络等领域快速发展。压电纳米发电机可将环境中广泛存在的微弱、无规律的机械能借助纳米压电材料的压电效应有效转化为电能，因而引起了全世界的广泛关注。然而，目前为止，压电纳米发电机较低的输出一直限制着它的进一步发展和应用，如何开发出高输出压电式纳米发电机是解决该领域所面临的关键性挑战。卤化物钙钛矿材料由于制作简单、成本低且具有良好的压电性质使其在纳米发电机领域具有广泛的应用前景。目前关于卤化物钙钛矿纳米发电机的研究多集中在有机无机杂化钙钛矿上，其中的有机成分使其稳定性较差。为此我们提出一种基于CsPbBr3纳米晶的柔性纳米压电发电机的制备方法用于解决上述问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于CsPbBr3纳米晶的柔性纳米压电发电机的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于CsPbBr3纳米晶的柔性纳米压电发电机的制备方法，包括：
步骤一：通过微乳法制备CsPbBr3纳米晶溶液；
步骤二：制备CsPbBr3纳米晶与聚二甲基硅氧烷复合薄膜；
步骤三：制备柔性纳米压电发电机器件。
优选地，所述步骤一中CsPbBr3纳米晶合成采用微乳法制备，先制备水相的Cs前驱体和Pb前驱体、油相前驱液，然后水相的Pb前驱液和Cs前驱液依次滴加到剧烈搅拌的油相前驱液中形成乳液，通过加丙酮去乳化，通过6000-8000rpm离心10-20min获得CsPbBr3纳米晶粉末，再分散在甲苯中获得CsPbBr3纳米晶溶液。
优选地，所述步骤二中CsPbBr3纳米晶与聚二甲基硅氧烷复合薄膜制备时先将步骤一制备得到的CsPbBr3纳米晶溶液与聚二甲基硅氧烷混合搅拌，并在混合搅拌过程中加入固化剂，搅拌时长为12-18小时，得到混合溶液，然后进行滴铸、脱气、退火操作，最后得到CsPbBr3纳米晶与聚二甲基硅氧烷复合薄膜。
优选地，所述固化剂与聚二甲基硅氧烷的质量比为1:10。
优选地，所述混合溶液滴铸在粘有高温胶带图形的ITO-PET柔性基板上。
优选地，所述混合溶液滴铸时，同时在压强小于20pa的真空环境内脱气，脱气时长为20-24小时。
优选地，所述退火在水平的加热台上进行，温度为110-140摄氏度。
优选地，所述步骤三中柔性纳米压电发电机器件制备在CsPbBr3纳米晶与聚二甲基硅氧烷复合薄膜两面覆盖电极并高压极化。
优选地，所述高压极化的电压为6.2kV，高压极化时间为4-8小时。
优选地，所述柔性纳米压电发电机器件在10-30Hz频率下输出电压为20-30V。
本发明的有益效果：
1、本发明制备方法制得的纳米发电机具有柔性，且输出电压较高，通过调控频率的大小可以改变产生电压的大小；
2、本发明制备方法所需设备简单、原料供给方便、原料价格低廉，在一般的实验室均能完成，且没有危险性，易于推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明柔性纳米压电发电机样品图；
图2是本发明透射电子显微镜下的CsPbBr3纳米晶图；
图3是本发明柔性纳米压电发电机在正反向压力作用下输出电压图；
图4是本发明柔性纳米压电发电机在不同频率下的输出电压图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图4所示，一种基于CsPbBr3纳米晶的柔性纳米压电发电机的制备方法，制备方法包括以下步骤：
步骤一：通过微乳法制备CsPbBr3纳米晶；
步骤二：制备CsPbBr3纳米晶与聚二甲基硅氧烷复合薄膜；
步骤三：制备柔性纳米压电发电机器件。
如图1所示，CsPbBr3晶体尺寸为纳米级，约为15nm；
如图2所示，ITO-PET柔性基板和铜电极与复合薄膜紧密贴合；
如图3所示在相反方向的压力下，纳米发电机输出电压的方向也相反，这是压电纳米发电机的典型特征；
如图4所示，随着频率的增大，输出电压也逐渐增大。
实施例1
输出电压为20V的柔性纳米压电发电机的制备：
通过微乳法制备CsPbBr3纳米晶：水相的Cs前驱体通过溶解1mmol乙酸铯(CsAc)在1mLN,N-二甲基甲酰胺(DMF)中制备，Pb前驱体通过溶解1mmol溴化铅(PbBr2)在1mLDMF中制备，油相的前驱液通过滴加8mL油酸和0.8mL正辛胺30mL正己烷中，然后水相的Pb前驱液和Cs前驱液依次滴加到剧烈搅拌的油相前驱液中形成乳液，通过加20mL丙酮去乳化，粉末通过6500rpm离心15min获得，在甲苯中重新分散后获得CsPbBr3纳米晶溶液；
制备CsPbBr3纳米晶与聚二甲基硅氧烷复合薄膜：将CsPbBr3纳米晶溶液与聚二甲基硅氧烷混合时并加入固化剂，固化剂与聚二甲基硅氧烷的质量比为1:10，搅拌时长约为12小时，混合溶液滴铸在粘有高温胶带图形的ITO-PET柔性基板上，并在压强小于20pa的真空环境内脱气，脱气时长为20小时，在水平的加热台上进行退火，温度为110摄氏度；
制备柔性纳米压电发电机器件：在复合薄膜两面覆盖电极，在6.2kV下高压极化，极化时间为4小时，在10Hz频率下，输出电压20V。
实施例2
输出电压为25V的柔性纳米压电发电机的制备：
通过微乳法制备CsPbBr3纳米晶：水相的Cs前驱体通过溶解1mmol乙酸铯(CsAc)在1mLN,N-二甲基甲酰胺(DMF)中制备，Pb前驱体通过溶解1mmol溴化铅(PbBr2)在1mLDMF中制备，油相的前驱液通过滴加8mL油酸和0.8mL正辛胺30mL正己烷中，然后水相的Pb前驱液和Cs前驱液依次滴加到剧烈搅拌的油相前驱液中形成乳液，通过加20mL丙酮去乳化，粉末通过6500rpm离心15min获得，在甲苯中重新分散后获得CsPbBr3纳米晶溶液；
制备CsPbBr3纳米晶与聚二甲基硅氧烷复合薄膜：将CsPbBr3纳米晶溶液与聚二甲基硅氧烷混合时并加入固化剂，固化剂与聚二甲基硅氧烷的质量比为1:10，搅拌时长约为15小时，混合溶液滴铸在粘有高温胶带图形的ITO-PET柔性基板上，并在压强小于20pa的真空环境内脱气，脱气时长为22小时，在水平的加热台上进行退火，温度为125摄氏度；
制备柔性纳米压电发电机器件：在复合薄膜两面覆盖电极，在6.2kV下高压极化，极化时间为6小时，在20Hz频率下，输出电压25V。
实施例3
输出电压为30V的柔性纳米压电发电机的制备：
通过微乳法制备CsPbBr3纳米晶：水相的Cs前驱体通过溶解1mmol乙酸铯(CsAc)在1mLN,N-二甲基甲酰胺(DMF)中制备，Pb前驱体通过溶解1mmol溴化铅(PbBr2)在1mLDMF中制备，油相的前驱液通过滴加8mL油酸和0.8mL正辛胺30mL正己烷中，然后水相的Pb前驱液和Cs前驱液依次滴加到剧烈搅拌的油相前驱液中形成乳液，通过加20mL丙酮去乳化，粉末通过6500rpm离心15min获得，在甲苯中重新分散后获得CsPbBr3纳米晶溶液；
制备CsPbBr3纳米晶与聚二甲基硅氧烷复合薄膜：将CsPbBr3纳米晶溶液与聚二甲基硅氧烷混合时并加入固化剂，固化剂与聚二甲基硅氧烷的质量比为1:10，搅拌时长约为18小时，混合溶液滴铸在粘有高温胶带图形的ITO-PET柔性基板上，并在压强小于20pa的真空环境内脱气，脱气时长为24小时，在水平的加热台上进行退火，温度为140摄氏度；
制备柔性纳米压电发电机器件：在复合薄膜两面覆盖电极，在6.2kV下高压极化，极化时间为8小时，在30Hz频率下，输出电压30V。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (10)
1.一种基于CsPbBr3纳米晶的柔性纳米压电发电机的制备方法，其特征在于，包括：
步骤一：通过微乳法制备CsPbBr3纳米晶溶液；
步骤二：制备CsPbBr3纳米晶与聚二甲基硅氧烷复合薄膜；
步骤三：制备柔性纳米压电发电机器件。
2.根据权利要求1所述的一种基于CsPbBr3纳米晶的柔性纳米压电发电机的制备方法，其特征在于，所述步骤一中CsPbBr3纳米晶合成采用微乳法制备，先制备水相的Cs前驱体和Pb前驱体、油相前驱液，然后水相的Pb前驱液和Cs前驱液依次滴加到剧烈搅拌的油相前驱液中形成乳液，通过加丙酮去乳化，通过6000-8000rpm离心10-20min获得CsPbBr3纳米晶粉末，再分散在甲苯中获得CsPbBr3纳米晶溶液。
3.根据权利要求1所述的一种基于CsPbBr3纳米晶的柔性纳米压电发电机的制备方法，其特征在于，所述步骤二中CsPbBr3纳米晶与聚二甲基硅氧烷复合薄膜制备时先将步骤一制备得到的CsPbBr3纳米晶溶液与聚二甲基硅氧烷混合搅拌，并在混合搅拌过程中加入固化剂，搅拌时长为12-18小时，得到混合溶液，然后进行滴铸、脱气、退火操作，最后得到CsPbBr3纳米晶与聚二甲基硅氧烷复合薄膜。
4.根据权利要求3所述的一种基于CsPbBr3纳米晶的柔性纳米压电发电机的制备方法，其特征在于，所述固化剂与聚二甲基硅氧烷的质量比为1:10。
5.根据权利要求3所述的一种基于CsPbBr3纳米晶的柔性纳米压电发电机的制备方法，其特征在于，所述混合溶液滴铸在粘有高温胶带图形的ITO-PET柔性基板上。
6.根据权利要求3所述的一种基于CsPbBr3纳米晶的柔性纳米压电发电机的制备方法，其特征在于，所述混合溶液滴铸时，同时在压强小于20pa的真空环境内脱气，脱气时长为20-24小时。
7.根据权利要求3所述的一种基于CsPbBr3纳米晶的柔性纳米压电发电机的制备方法，其特征在于，所述退火在水平的加热台上进行，温度为110-140摄氏度。
8.根据权利要求1所述的一种基于CsPbBr3纳米晶的柔性纳米压电发电机的制备方法，其特征在于，所述步骤三中柔性纳米压电发电机器件制备在CsPbBr3纳米晶与聚二甲基硅氧烷复合薄膜两面覆盖电极并高压极化。
9.根据权利要求8所述的一种基于CsPbBr3纳米晶的柔性纳米压电发电机的制备方法，其特征在于，所述高压极化的电压为6.2kV，高压极化时间为4-8小时。
10.根据权利要求8所述的一种基于CsPbBr3纳米晶的柔性纳米压电发电机的制备方法，其特征在于，所述柔性纳米压电发电机器件在10-30Hz频率下输出电压为20-30V。
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| CN117701002A (zh) * | 2024-02-06 | 2024-03-15 | 哈尔滨师范大学 | X/γ射线屏蔽用高聚物基柔性薄膜及其制备方法和应用 |
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