本技术介绍了一种新型纸基压电纳米发电机及其制备方法,该技术属于纳米发电机领域。该方法首先采用固相法制备不同晶相的BCZT陶瓷颗粒,然后通过逐层流延技术结合刮刀高度调控,实现纸基压电纳米发电机的高效制备。
背景技术
随着传统化石能源消耗的迅速增加,替代可再生能源的开发已成为人类关注的最重要的问题。经过几十年对可再生资源的寻找,风力发电、水力发电、海洋能、太阳能等不断被开发,极大地补充了人类对能源的需求。然而,传统用于收集和利用可再生能源的设备通常需要庞大的基础设施、大型涡轮机和电磁发电机,并且这些设备的价格昂贵,这使得难以有效地收集和利用微风、水流以及人类四肢运动等产生的小型机械能。同时,小型化的便携式电子设备和微型传感器通常需要非常低的电源,且尺寸比电池小得多。纳米发电机可以有效地收集微机械能量并将其转化为电能,不仅可作为传统化石能源的替补缓解了能源消耗严重的问题,还开拓了新的领域。
压电纳米发电机主要由高压电效应材料组装而成,如锆钛酸铅(Lead zirconatetitanate,PZT)和钛酸钡(Barium Titanate,BT)等压电陶瓷,以及聚偏氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride,PVDF)和聚酰胺(Polyamide,PA)等压电聚合物。传统材料制成的器件表现出优异的性能,但仍然存在一些缺点,例如压电PZT含有重金属铅、生物相容性差、价格高、不可再生,这些缺点限制了压电纳米发电机在某些领域的应用。纤维素是地球上年产量最为丰富的天然高分子,每年全球植物纤维素产量约为1800亿吨。人类使用纤维素的历史也非常悠久,从古代的造纸、织布等到现在应用于能源、电气领域,纤维素应用于人类社会的方方面面。此外,纤维素具有天然的电绝缘性,曾作为纸电容在上个世纪被广泛应用在变压系统中。然而纤维素本身的压电性不强,若单独用来制备纳米发电机则不足以有效收集能量。另外,纤维素还具有吸水性,放置在空气中会使其内部产生大量的水分子,如果制成压电纳米发电机则不能应用在潮湿多水的环境中,应用于收集人体能量方面容易受到体液的影响,极大的限制了压电纳米发电机的应用范围。
针对现有的压电纳米发电机应用模式有限的技术问题,急需找到一种新的压电纳米发电机,来增大压电纳米发电机的压电性能,使其可以在多种模式下工作。
实现思路