CN202749418U - 纳米发电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种纳米发电机，其包括第一电极（1）、第二电极（5）、高分子绝缘层（3）和氧化锌纳米线阵列层（4），其中，所述第一电极（1）和第二电极（5）相对设置，所述高分子绝缘层（3）和氧化锌纳米线阵列（4）依次设置在第一电极（1）和第二电极（5）之间，高分子绝缘层（3）和第一电极（1）之间通过第一导电胶层（2）粘接。本实用新型采用导电胶层直接粘接电极层，使得纳米发电机容易制作，成本低而且提高了生产效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种纳米发电装置，具体的，涉及一种使用导电胶层的纳米发电装置。
背景技术
2006年，美国佐治亚理工学院教授王中林等成功地在纳米尺度范围内将机械能转换成电能，研制出世界上最小的发电机-纳米发电机。纳米发电机的基本原理是：当纳米线（NWs）在外力下动态拉伸时，纳米线中生成压电电势，相应瞬变电流在两端流动以平衡费米能级。现有纳米发电机及纳米发电机组，由于高成本、低输出过程和弱耐久性，难以应用到能量收获装置从环境中提取机械能。
通常纳米发电机的导电层中的金属材料采用溅射或者沉积等方法制作，这些方法具有制作复杂，要求制作设备先进等特点，不利于工业化大规模生产。
实用新型内容
本实用新型的要解决的技术问题是克服现有纳米发电机的制作方法操作复杂，成本较高而且生产效率不高的缺陷，提供一种纳米发电机，采用导电胶层直接粘接电极层，该纳米发电机容易制作，成本低而且提高了生产效率。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供的第一技术方案是，一种纳米发电机，该纳米发电机包括第一电极1、第二电极5、高分子绝缘层3和氧化锌纳米线阵列层4，其中，所述第一电极1和第二电极5相对设置，所述高分子绝缘层3和氧化锌纳米线阵列4依次设置在第一电极1和第二电极5之间，高分子绝缘层3和第一电极1之间通过第一导电胶层2粘接。
前述的纳米发电机，氧化锌纳米线阵列层4和第二电极5之间通过第二导电胶层6粘接。
前述的纳米发电机，所述氧化锌纳米线阵列（4）垂直生长在第二电极（5）上；所述氧化锌纳米线阵列（4）上涂覆有所述高分子绝缘层（3）；
或者，前述的纳米发电机，所述氧化锌纳米线阵列层4垂直生长在高分子绝缘层3上。
前述的纳米发电机，所述第一电极1和第二电极5所用材料分别独立的选自金、银、铂、铝、镍、铜、钛、铬、锡中的任意一种。
前述的纳米发电机，所述高分子绝缘层3所用材料是聚甲基丙烯酸甲酯或聚二甲基硅氧烷。
前述的纳米发电机，所述第一电胶层2和第二导电胶层6所用导电胶是导电硅胶或导电碳胶。
前述的纳米发电机，所述第一电胶层2和第一电极1整体是铝胶带或铜胶带。
前述的纳米发电机，第二导电胶层6和第二电极5整体是铝胶带或铜胶带。
本实用新型采用导电胶层直接粘接电极层，使得纳米发电机容易制作，成本低而且提高了生产效率。
附图说明
图1是本实用新型具体实施方式的结构示意图。
图2是本实用新型另一具体实施方式的结构示意图。
1第一电极； 2第一导电胶层；
3高分子绝缘层； 4氧化锌纳米线阵列；
5第二电极； 6第二导电胶层。
具体实施方式
为充分了解本实用新型之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本实用新型做详细说明。
本实用新型采用导电胶层直接粘接电极层，使得纳米发电机容易制作，成本低而且提高了生产效率。
一种纳米发电机，该纳米发电机包括第一电极1、第二电极5、高分子绝缘层3和氧化锌纳米线阵列层4，其中，所述第一电极1和第二电极5相对设置，所述高分子绝缘层3和氧化锌纳米线阵列4设置在第一电极1和第二电极5之间，高分子绝缘层3和第一电极1之间通过第一导电胶层2粘接。
当纳米线（NWs）在外力下动态拉伸时，纳米线中生成压电电势，相应瞬变电流在两端流动以平衡费米能级，因此能够在第一电极1和第二电极5之间形成电场。
如图1所示是本实用新型较佳具体实施方式的结构示意图。该纳米发电机包括依次设置的第一电极1，第一导电胶层2，高分子绝缘层3，氧化锌纳米线阵列层4，以及第二电极5；其中，所述氧化锌纳米线阵列层4垂直生长在第二电极5上，所述氧化锌纳米线阵列层4上涂覆有所述高分子绝缘层3，所述高分子绝缘层3将所述氧化锌纳米线阵列层4覆盖，所述第一导电胶层2将第一电极1粘接在高分子绝缘层3上。
所述第一电极1和第二电极5所用材料没有特殊规定，常规纳米发电机用电极材料均可应用于本实用新型，例如金、银、铂、铝、镍、铜、钛、铬、锡或其合金中的任意一种。第二电极5优选铝箔，第一电极1优选铜箔。
常规能够起到绝缘作用的高分子材料均可应用于材料高分子绝缘层3，例如聚甲基丙烯酸甲酯或聚二甲基硅氧烷。
由于采用了高分子绝缘层，绝缘层的存在提供了一个无限高的势垒，阻止电极中的感应电子通过氧化锌/金属接触面内部“泄漏”。此外，绝缘材料用分散填充纳米线间的空隙并在最顶层形成覆盖层，因此当沿垂直方向施力时，应力可以通过覆盖层传送至所有施力区域下的纳米线，大大增强纳米发电机的效率。
所述第一导电胶层2是导电硅胶，导电碳胶，或9002导电膏。
采用导电胶层直接粘接第一电极1到高分子绝缘层3上，使得纳米发电机容易制作，成本低而且提高了生产效率。
下面详细说明该纳米发电机的制备方法。将氧化锌种子层射频溅镀到预先清洗过的第二电极5上，第二电极5所用材料如上所述，优选铝箔。在氧化锌种子层上，采用湿化学法生长氧化锌纳米线阵列层4。湿化学法生长氧化锌纳米线阵列采用公知技术可以实现，例如专利申请201110253998.2中公开的一种水热法合成氧化锌纳米棒阵列的方法。具体的，采用0.1mol/L浓度的由等摩尔的环六亚甲基四胺（HMTA）和硝酸锌六水合物（ZnNO3·6(H2O)）组成的培养液，将第二电极5的生成有氧化锌种子层的面朝下，放在培养液顶部，在水浴环境中生长小时。完成氧化锌纳米线阵列生长后，对其进行加热退火（优选145-155℃），优选的，经超声清洗后用氮气枪吹干，置于80℃真空干燥箱中退火1.5小时。根据应用领域的不同，可以调节氧化锌纳米线的生长温度和时间，以得到适当的氧化锌纳米线的尺寸。
通过旋涂使高分子绝缘材料（优选聚甲基丙烯酸甲酯）覆盖氧化锌纳米线阵列层4，生成高分子绝缘层3，随后在高分子绝缘层3上粘接第一导电胶层2，然后将第一电极1直接粘接在第一导电胶层2上，使得第一电极1覆盖在高分子绝缘层3上。
另外，所述第一电胶层2和第一电极1整体可以选用市购铝胶带或铜胶带，直接将铝胶带或铜胶带粘接在高分子绝缘层3上。
在本实用新型另一较佳具体实施方式中，该纳米发电机包括依次设置的第一电极1，第一导电胶层2，高分子绝缘层3，氧化锌纳米线阵列层4，以及第二电极5。其中，所述氧化锌纳米线阵列层4垂直生长在高分子绝缘层3上，所述导电胶层2将第一电极1粘接在高分子绝缘层3上。所述第二电极5与氧化锌纳米线阵列层4直接连接，例如将第二电极5射频溅镀到氧化锌纳米线阵列层4上。
如图2所示是本实用新型另一较佳具体实施方式的结构示意图。该纳米发电机包括依次设置的第一电极1，第一导电胶层2，高分子绝缘层3，氧化锌纳米线阵列层4，第二导电胶层6以及第二电极5；其中，所述氧化锌纳米线阵列层4垂直生长在高分子绝缘层3上，所述导电胶层2将第一电极1粘接在高分子绝缘层3上，所述导电胶层6将第二电极5粘接在氧化锌纳米线阵列层4上。
所述第一电极1和第二电极5所用材料没有特殊规定，常规纳米发电机用电极材料均可应用于本实用新型，例如金、银、铂、铝、镍、铜、钛、铬、锡或其合金中的任意一种。第二电极5优选铜箔，第一电极1优选铝箔。
常规能够起到绝缘作用的高分子材料均可应用于材料高分子绝缘层3，例如聚甲基丙烯酸甲酯或聚二甲基硅氧烷。
所述第一导电胶层2和第二导电胶层6是导电硅胶，导电碳胶，或9002导电膏。
采用导电胶层直接粘接第一电极1到高分子绝缘层3上，第二电极5到氧化锌纳米线阵列层4上，使得纳米发电机容易制作，成本低而且提高了生产效率。
下面详细说明该纳米发电机的制备方法。将氧化锌种子层射频溅镀到高分子绝缘层3上，高分子绝缘层3所用材料如上所述，优选聚甲基丙烯酸甲酯。在氧化锌种子层上，采用湿化学法生长氧化锌纳米线阵列层4。湿化学法生长氧化锌纳米线阵列采用公知技术可以实现，例如专利申请201110253998.2中公开的一种水热法合成氧化锌纳米棒阵列的方法。具体的，采用0.1mol/L浓度的由等摩尔的环六亚甲基四胺（HMTA）和硝酸锌六水合物（ZnNO3·6(H2O)）组成的培养液，将高分子绝缘层3的生成有氧化锌种子层的面朝下，放在培养液顶部，在水浴环境中生长小时。完成氧化锌纳米线阵列生长后，对其进行加热退火（优选145-155℃），优选的，经超声清洗后用氮气枪吹干，置于80℃真空干燥箱中退火1.5小时。根据应用领域的不同，可以调节氧化锌纳米线的生长温度和时间，以得到适当的氧化锌纳米线的尺寸。
随后在高分子绝缘层3和氧化锌纳米线阵列层4上直接粘接第一导电胶层2和第二导电胶层6，然后将第一电极1粘接到高分子绝缘层3上，第二电极5粘接到氧化锌纳米线阵列层4上。
所述第一电胶层2和第一电极1整体可以选用市购铝胶带或铜胶带，直接将铝胶带或铜胶带粘接在高分子绝缘层3上；第二导电胶层6和第二电极5整体可以选用市购铝胶带或铜胶带，直接将铝胶带或铜胶带粘接在氧化锌纳米线阵列层4上。
本实用新型的纳米发电机制作方法简单，容易操作且制作成本低。本实用新型纳米发电机性能优良，根据应用领域的不同，可以调节氧化锌纳米线阵列的尺寸、发电机的面积，使其可以应用于驱动发光二极管（LED）、或将能量储存用于驱动小型液晶显示器、自供电无线数据传送设备。
Claims (9)
1.一种纳米发电机，其特征在于，该纳米发电机包括第一电极（1）、第二电极（5）、高分子绝缘层（3）和氧化锌纳米线阵列层（4），其中，所述第一电极（1）和第二电极（5）相对设置，所述高分子绝缘层（3）和氧化锌纳米线阵列（4）依次设置在第一电极（1）和第二电极（5）之间，高分子绝缘层（3）和第一电极（1）之间通过第一导电胶层（2）粘接。
2.根据权利要求1所述的纳米发电机，其特征在于，氧化锌纳米线阵列层（4）和第二电极（5）之间通过第二导电胶层（6）粘接。
3.根据权利要求1所述的纳米发电机，其特征在于，所述氧化锌纳米线阵列（4）垂直生长在第二电极（5）上；
所述氧化锌纳米线阵列（4）上涂覆有所述高分子绝缘层（3）。
4.根据权利要求2所述的纳米发电机，其特征在于，所述氧化锌纳米线阵列（4）垂直生长在高分子绝缘层（3）上。
5.根据权利要求1-4任一项所述的纳米发电机，其特征在于，所述第一电极（1）和第二电极（5）所用材料分别独立的选自金、银、铂、铝、镍、铜、钛、铬、锡中的任意一种。
6.根据权利要求5所述的纳米发电机，其特征在于，所述高分子绝缘层（3）所用材料是聚甲基丙烯酸甲酯或聚二甲基硅氧烷。
7.根据权利要求6所述的纳米发电机，其特征在于，所述第一电胶层（2）和第二导电胶层（6）所用导电胶是导电硅胶或导电碳胶。
8.根据权利要求3所述的纳米发电机，其特征在于，所述第一电胶层（2）和第一电极（1）整体是铝胶带或铜胶带。
9.根据权利要求4所述的纳米发电机，其特征在于，第二导电胶层（6）和第二电极（5）整体是铝胶带或铜胶带。
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| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: NAZHIYUANG TECHNOLOGY (TANGSHAN) LLC Free format text: FORMER OWNER: NEWNAGY (TANGSHAN) LLC Effective date: 20150609 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 063009 TANGSHAN, HEBEI PROVINCE TO: 063000 TANGSHAN, HEBEI PROVINCE |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20150609 Address after: 063000 Tangshan City Province, North Road, building No. 101, Hebei hi tech headquarters building room 1001 Patentee after: NAZHIYUAN TECHNOLOGY (TANGSHAN), LLC Address before: 063009 Tangshan City hi tech Development Zone, North Road, No. 101 hi tech headquarters building, room 1001, No. Patentee before: NEWNAGY (TANGSHAN), LLC |
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| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20130220 |
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| CX01 | Expiry of patent term |