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一種電荷自恢復(fù)的復(fù)合駐極體薄膜的制作方法

文檔序號:10857773閱讀:539來源:國知局
一種電荷自恢復(fù)的復(fù)合駐極體薄膜的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種電荷自恢復(fù)的復(fù)合駐極體薄膜,復(fù)合駐極體薄膜保持電荷,當(dāng)復(fù)合駐極體薄膜所保持的電荷在受到外界干擾時(shí),其保持的電荷會消失,當(dāng)外界干擾消失后,復(fù)合駐極體薄膜又能吸附外界的電荷;復(fù)合駐極體薄膜包括:位于上層的第一薄膜和位于下層的第二薄膜,第一薄膜與所述第二薄膜之間有孔洞結(jié)構(gòu);第一薄膜是指在電暈極化后保持負(fù)電荷的高分子薄膜,第二薄膜是指在電暈極化后保持正電荷的高分子薄膜。本實(shí)用新型提供的復(fù)合駐極體薄膜具有便于操控、成本低廉和適于大批量規(guī)模生產(chǎn)等特點(diǎn),且機(jī)械性能好,不容易脫落或者開裂。
【專利說明】
一種電荷自恢復(fù)的復(fù)合駐極體薄膜
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于發(fā)電元器件制造相關(guān)領(lǐng)域,更具體地,涉及一種電荷自恢復(fù)的復(fù)合駐極體薄膜。
【背景技術(shù)】
[0002]駐極體是指可長期儲存空間電荷和偶極電荷的電介質(zhì)材料,其能被用于制造靜電電容發(fā)電機(jī),因此駐極體在能源收集領(lǐng)域特別是機(jī)電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域具有十分廣泛而重要的應(yīng)用。衡量駐極體性能的一個(gè)重要指標(biāo)便是其長期保持電荷的能力,優(yōu)良的駐極體材料就有長期穩(wěn)定保持大量電荷的能力。經(jīng)典的現(xiàn)代駐極體有聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙丙烯共聚物(FEP)、聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)等。
[0003]但是,上述這些駐極體材料大多是空間電荷駐極體,其所保持的電荷絕大部分位于駐極體薄膜表面。在受到外界干擾,如觸碰到水時(shí),所保持的電荷便會快速失去且不能自動恢復(fù)。因此,本領(lǐng)域存在著開發(fā)新型的,抗外界干擾能力強(qiáng)的駐極體材料的需求。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷,本實(shí)用新型提供了一種電荷自恢復(fù)的復(fù)合駐極體薄膜,其目的在于,獲得機(jī)械性能好、可保持的電荷量大、抗干擾能力強(qiáng)、且具備自恢復(fù)電荷能力的駐極體薄膜,旨在解決傳統(tǒng)薄膜在高濕度環(huán)境下電荷易流失的問題。
[0005]本實(shí)用新型提供了一種電荷自恢復(fù)的復(fù)合駐極體薄膜,所述復(fù)合駐極體薄膜保持電荷,當(dāng)所述復(fù)合駐極體薄膜所保持的電荷在受到外界干擾時(shí),其保持的電荷會消失,當(dāng)外界干擾消失后,所述復(fù)合駐極體薄膜又能吸附外界的電荷;所述復(fù)合駐極體薄膜包括:位于上層的第一薄膜和位于下層的第二薄膜,所述第一薄膜與所述第二薄膜之間有孔洞結(jié)構(gòu)。
[0006]更進(jìn)一步地,所述第一薄膜是指在電暈極化后保持負(fù)電荷的高分子薄膜,所述第二薄膜是指在電暈極化后保持正電荷的高分子薄膜。
[0007]更進(jìn)一步地,所述第一薄膜的材料為乙烯醋酸乙烯共聚物、尼龍、醋酸乙烯酯共聚物,聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亞胺中的一種或者其組合。
[0008]更進(jìn)一步地,所述第二薄膜的材料為乙烯醋酸乙烯共聚物、尼龍、醋酸乙烯酯共聚物,聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亞胺中的一種或者其組合。
[0009]更進(jìn)一步地,所述第一薄膜的厚度為ΙΟμπι至ΙΟΟμπι;所述第二薄膜的厚度為ΙΟμπι至10um0
[00?0] 更進(jìn)一步地,所述復(fù)合駐極體薄膜的厚度為20μπι至200μπι。
[0011]總體而言,通過本實(shí)用新型所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比,主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點(diǎn):
[0012](I)本實(shí)用新型提供的復(fù)合駐極體薄膜具有便于操控、成本低廉和適于大批量規(guī)模生產(chǎn)等特點(diǎn)。由于加工溫度和壓力選擇合適,所制備的復(fù)合駐極體薄膜機(jī)械性能好,不容易脫落或者開裂。
[0013](2)由于在電暈極化后在薄膜規(guī)則孔洞內(nèi)部形成了電偶極子,因此本實(shí)用新型提供的復(fù)合駐極體薄膜所能保持的電荷量大,在外界干擾消失后,其失去的電荷會自動重新恢復(fù),具備傳統(tǒng)駐極體薄膜材料所不具備的抗干擾能力。
[0014](3)由于制備原理都是具有柔性的高分子薄膜,因此本實(shí)用新型提供的復(fù)合駐極體薄膜具有柔性可彎折的優(yōu)點(diǎn),可以用于制備柔性靜電感應(yīng)發(fā)電機(jī)。由于復(fù)合駐極體薄膜能有長期穩(wěn)定且抗外界干擾地保持大量電荷,所以應(yīng)用此類駐極體薄膜制備的柔性發(fā)電機(jī)輸出大,且具有更寬廣的應(yīng)用領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0015]圖1是按照本實(shí)用新型的復(fù)合駐極體薄膜的截面示意圖,此種復(fù)合駐極體薄膜中凹陷圖案被壓印在上層薄膜上;
[0016]圖2是按照本實(shí)用新型的復(fù)合駐極體薄膜的截面掃描電鏡圖;
[0017]圖3是按照本實(shí)用新型的復(fù)合駐極體薄膜的被高壓極化后內(nèi)外部電荷分布圖;
[0018]圖4(a)是按照本實(shí)用新型的復(fù)合駐極體薄膜的表面電位-時(shí)間衰減圖示;圖4(b)是按照本實(shí)用新型的復(fù)合駐極體薄膜的表面電位-水處理次數(shù)回復(fù)與總體衰減圖示;
[0019]在所有附圖中,相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu),其中:I為第一薄膜,2為第二薄膜,3為凹陷圖案,4為電偶極子。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合附圖及實(shí)施例,對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型,并不用于限定本實(shí)用新型。
[0021]本實(shí)用新型屬于發(fā)電元器件制造相關(guān)領(lǐng)域,涉及一種具有受到外界干擾后電荷流失,而干擾消失后具備電荷自動恢復(fù)功能的新型復(fù)合駐極體薄膜,所制得的復(fù)合駐極體薄膜簡單、機(jī)械性能好、可保持的電荷量大、抗外界干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),使得利用此種駐極體薄膜制備的柔性發(fā)電機(jī)具有更寬廣的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0022]本實(shí)用新型提供了一種電荷自恢復(fù)的復(fù)合駐極體薄膜;利用熱壓成膜和電暈極化工藝進(jìn)行制備,并對成膜材料選擇,成膜條件和極化條件等關(guān)鍵工藝進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì),相應(yīng)能夠制備機(jī)械性能好、可保持的電荷量大、抗干擾能力強(qiáng)、具備自恢復(fù)電荷能力的新型優(yōu)良駐極體薄膜材料,同時(shí)具備便于操控、成本低廉和適于大批量規(guī)模生產(chǎn)等特點(diǎn),使得利用此種駐極體薄膜制備的柔性發(fā)電機(jī)具有更寬廣的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0023]為實(shí)現(xiàn)上述目的,按照本實(shí)用新型,提供一種電荷自恢復(fù)的復(fù)合駐極體薄膜,該駐極體薄膜可以用于制備柔性發(fā)電機(jī),應(yīng)用于機(jī)電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域。具體地,利用熱壓成膜工藝將兩種高分子材料壓制在一起,形成中間有規(guī)則孔洞的復(fù)合駐極體薄膜的結(jié)構(gòu)。
[0024]本實(shí)用新型提供的電荷恢復(fù)的復(fù)合駐極體薄膜的制備方法具體包括下列步驟:
[0025](a)選取兩種高分子薄膜材料,其中一種容易在電暈極化后保持負(fù)電荷,命名為第一薄膜I;另一種容易在電暈極化后保持正電荷,命名為第二薄膜2。第一薄膜I選自以下材料:乙烯醋酸乙烯共聚物、尼龍、醋酸乙烯酯共聚物,聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亞胺中的一種或者其組合;第二薄膜2選自以下材料:乙烯醋酸乙烯共聚物、尼龍、醋酸乙烯酯共聚物,聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亞胺中的一種或者其組入口 ο
[0026](b)利用熱壓印技術(shù)在第一薄膜I或者第二薄膜2上壓印出規(guī)則的凹陷圖案,熱壓印時(shí),采用的熱壓溫度為80°C至300°C,因?yàn)椴襟E(a)中所述的高分子材料的熔程都在此范圍內(nèi);采用的壓力為1000N至30000N,在此壓力范圍下既能有效地形成凹陷圖案又能防止高分子膜破損;形成的規(guī)則凹陷圖案的長寬高均在50至5000μπι之間,這種尺寸的凹陷圖案有助于在后續(xù)的電暈極化過程中形成電偶極子。
[0027](c)利用電暈極化方法使得第一薄膜I或者第二薄膜2帶上電荷,從而使得兩塊薄膜能夠平整地吸附在一起。極化電壓范圍為_5kV至-15kV或者是5kV至15kV,在此極化電壓范圍內(nèi),第一薄膜I或第二薄膜2能充分地吸附電荷,從而形成強(qiáng)靜電吸附。
[0028](d)采用熱壓成膜技術(shù)將吸附在一起的第一薄膜I和第二薄膜2緊緊地?zé)釅喝诨谝黄穑纬缮蠈訛榈谝槐∧下層為第二薄膜2的中間有孔洞結(jié)構(gòu)的復(fù)合駐極體薄膜,孔洞長寬高均在50至5000μπι之間。熱壓時(shí),采用的熱壓溫度為80°C至300°C,具體選擇的熱壓溫度應(yīng)該位于第一薄膜I和第二薄膜2的熔程之間,使得熱壓過程中,第一薄膜I或者第二薄膜2可以軟化而具有黏合性而另一個(gè)薄膜則物性相對不變;采用的壓力為1N至1000N,在此壓力范圍內(nèi),既使得第一薄膜I和第二薄膜2能充分黏合又不會破壞原先形成的凹陷圖案。此種熱壓成膜方法制備方法具有具備便于操控、成本低廉和適于大批量規(guī)模生產(chǎn)等特點(diǎn),所制得的薄膜粘附牢固,機(jī)械性能好,不易斷裂。
[0029](e)利用負(fù)高壓電暈極化方法使得制備的復(fù)合駐極體薄膜保持電荷,極化時(shí)復(fù)合駐極體薄膜中上層第一薄膜I正對極化針。極化電壓范圍為_5kV至_15kV,具體所用的極化電壓與復(fù)合駐極體薄膜中孔洞的大小有關(guān),孔洞尺寸越大則所用的電壓越高。利用上述方法制備得到的復(fù)合駐極體薄膜所保持的電荷在受到外界干擾時(shí),例如觸碰到水,其保持的電荷會消失,當(dāng)外界干擾消失后,經(jīng)過一定的時(shí)間后復(fù)合駐極體薄膜又能吸附外界的電荷(具體對于第一薄膜I為乙烯醋酸乙烯共聚物第二薄膜2為聚丙烯所制得的樣品,其恢復(fù)時(shí)間在半小時(shí)到3小左左右)使其重新能夠保持一定的電荷,一般能回復(fù)至原始值的90%,并且能夠經(jīng)受多次的外界干擾。
[0030]在本實(shí)用新型中,步驟(a)中第一薄膜I的厚度為ΙΟμπι至ΙΟΟμ??;第二薄膜2的厚度為ΙΟμπι至ΙΟΟμπι,此種厚度范圍內(nèi)的薄膜容易加工且具有良好的柔性。步驟(c)中所制得的復(fù)合駐極體薄膜的厚度為20μηι至200μηι。
[0031]在本實(shí)用新型中,所制備的復(fù)合駐極體薄膜具有柔性可彎折的特點(diǎn),因?yàn)槠渌玫脑矶际侨嵝缘母叻肿颖∧?,可用于制備柔性靜電感應(yīng)發(fā)電機(jī)。
[0032]總體而言,通過本實(shí)用新型所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比,主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點(diǎn):
[0033](I)本實(shí)用新型提供的復(fù)合駐極體薄膜具有便于操控、成本低廉和適于大批量規(guī)模生產(chǎn)等特點(diǎn)。由于加工溫度和壓力選擇合適,所制備的復(fù)合駐極體薄膜機(jī)械性能好,不容易脫落或者開裂。
[0034](2)由于在電暈極化后在薄膜規(guī)則孔洞內(nèi)部形成了電偶極子,因此本實(shí)用新型提供的復(fù)合駐極體薄膜所能保持的電荷量大,在外界干擾消失后,其失去的電荷會自動重新恢復(fù),具備傳統(tǒng)駐極體薄膜材料所不具備的抗干擾能力。
[0035](3)由于制備原理都是具有柔性的高分子薄膜,因此本實(shí)用新型提供的復(fù)合駐極體薄膜具有柔性可彎折的優(yōu)點(diǎn),可以用于制備柔性靜電感應(yīng)發(fā)電機(jī)。由于復(fù)合駐極體薄膜能有長期穩(wěn)定且抗外界干擾地保持大量電荷,所以應(yīng)用此類駐極體薄膜制備的柔性發(fā)電機(jī)輸出大,且具有更寬廣的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0036]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合附圖及實(shí)施例,對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型,并不用于限定本實(shí)用新型。
[0037]圖1是按照本實(shí)用新型一種電荷自恢復(fù)駐極體薄膜的截面示意圖。如圖1所示,該駐極體復(fù)合薄膜由上次第一薄膜I和下層第二薄膜2組成,第一薄膜I和第二薄膜2之間具有規(guī)則的孔洞結(jié)構(gòu)。
[0038]圖2是按照本實(shí)用新型的復(fù)合駐極體薄膜的截面掃描電鏡圖。圖2清晰地顯示出第一薄膜I和第二薄膜2緊密地結(jié)合在一起,形成中間規(guī)則孔洞的復(fù)合駐極體薄膜的結(jié)構(gòu)。
[0039]在本實(shí)用新型中,第一薄膜I選自以下材料:乙烯醋酸乙烯共聚物、尼龍、醋酸乙烯酯共聚物,聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亞胺中的一種或者其組合;第二薄膜2選自以下材料:乙烯醋酸乙烯共聚物、尼龍、醋酸乙烯酯共聚物,聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亞胺中的一種或者其組合。
[0040]在本實(shí)用新型中,利用熱壓印技術(shù)在第一薄膜I或者第二薄膜2上壓印出規(guī)則的凹陷圖案,熱壓印時(shí),采用的熱壓溫度為100°C至200°C;采用的壓力為1000N至30000N;形成的規(guī)則凹陷圖案的長寬高均在50至5000μπι之間。
[0041]在本實(shí)用新型中,采用熱壓成膜技術(shù)將吸附在一起的第一薄膜I和第二薄膜2緊緊地?zé)釅喝诨谝黄?,形成上層為第一薄膜I下層為第二薄膜2的中間有孔洞結(jié)構(gòu)的復(fù)合駐極體薄膜。熱壓時(shí),采用的熱壓溫度為80°C至300°C;采用的壓力為1N至1000Ν。此種熱壓成膜方法制備方法具有具備便于操控、成本低廉和適于大批量規(guī)模生產(chǎn)等特點(diǎn),所制得的薄膜粘附牢固,機(jī)械性能好。
[0042]在本實(shí)用新型中,步驟(a)中第一薄膜I的厚度為ΙΟμπι至ΙΟΟμ??;第二薄膜2的厚度為I Ομπι至I OOym。所制得的復(fù)合駐極體薄膜的厚度為20μηι至200μηι.
[0043]圖3是按照本實(shí)用新型的復(fù)合駐極體薄膜的被高壓極化后內(nèi)外部電荷分布圖。可見在被高壓極化后,第一薄膜I和第二薄膜2之間的規(guī)則孔洞中的空氣被電離,形成偶極子,偶極子在第一薄膜I表面感應(yīng)出負(fù)電荷,在第二薄膜2表面感應(yīng)出正電荷。
[0044]在本實(shí)用新型中,利用負(fù)高壓極化方法使得制備的復(fù)合駐極體薄膜保持電荷,極化時(shí)復(fù)合駐極體薄膜中上層第一薄膜I正對極化針。極化電壓范圍為_5kV至_15kV。
[0045]圖4(a)是按照本實(shí)用新型的復(fù)合駐極體薄膜的表面電位-時(shí)間衰減圖示,圖4(b)是按照本實(shí)用新型的復(fù)合駐極體薄膜的表面電位-水處理次數(shù)回復(fù)與總體衰減圖示。圖4
(a)和圖4(b)證明所制得的復(fù)合駐極體薄膜能夠長時(shí)間保持較大量的剩余電荷,同時(shí)復(fù)合駐極體薄膜所保持的電荷在受到外界干擾時(shí),例如觸碰到水,其保持的電荷會消失,當(dāng)外界干擾消失后,經(jīng)過一定的時(shí)間后復(fù)合駐極體薄膜又能吸附外界的電荷,使其重新能夠保持一定的電荷,并且能夠經(jīng)受多次的外界干擾。
[0046]綜上所述,通過本實(shí)用新型所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比,主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點(diǎn):首先,本實(shí)用新型提供的復(fù)合駐極體薄膜具有便于操控、成本低廉和適于大批量規(guī)模生產(chǎn)等特點(diǎn)。所制備的復(fù)合駐極體薄膜機(jī)械性能好,不容易脫落或者開裂;其次,按照本實(shí)用新型提供的方法制備的復(fù)合駐極體薄膜所能保持的電荷量大,在外界干擾消失后,其失去的電荷會自動重新恢復(fù),具備傳統(tǒng)駐極體薄膜材料所不具備的抗干擾能力;最后,按照本實(shí)用新型提供的方法制備的復(fù)合駐極體薄膜具有柔性可彎折的優(yōu)點(diǎn),可以用于制備柔性靜電感應(yīng)發(fā)電機(jī)。由于復(fù)合駐極體薄膜能有長期穩(wěn)定且抗外界干擾地保持大量電荷所,應(yīng)用此類駐極體薄膜制備的柔性發(fā)電機(jī)輸出大,且具有更寬廣的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0047]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解,以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已,并不用以限制本實(shí)用新型,凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電荷自恢復(fù)的復(fù)合駐極體薄膜,其特征在于,所述復(fù)合駐極體薄膜保持電荷,當(dāng)所述復(fù)合駐極體薄膜所保持的電荷在受到外界干擾時(shí),其保持的電荷會消失,當(dāng)外界干擾消失后,所述復(fù)合駐極體薄膜又能吸附外界的電荷;所述復(fù)合駐極體薄膜包括:位于上層的第一薄膜(I)和位于下層的第二薄膜(2),所述第一薄膜(I)與所述第二薄膜(2)之間有孔洞結(jié)構(gòu);利用熱壓技術(shù)在所述第一薄膜(I)或所述第二薄膜(2)上壓印出規(guī)則的凹陷圖案; 所述第一薄膜(I)是指在電暈極化后保持負(fù)電荷的高分子薄膜,所述第二薄膜(2)是指在電暈極化后保持正電荷的高分子薄膜。2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合駐極體薄膜,其特征在于,所述第一薄膜(I)的材料為乙烯醋酸乙烯共聚物、尼龍、醋酸乙烯酯共聚物,聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亞胺中的一種。3.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合駐極體薄膜,其特征在于,所述第二薄膜(2)的材料為乙烯醋酸乙烯共聚物、尼龍、醋酸乙烯酯共聚物,聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亞胺中的一種。4.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合駐極體薄膜,其特征在于,所述第一薄膜(I)的厚度為ΙΟμπι至ΙΟΟμπι;所述第二薄膜(2)的厚度為ΙΟμπι至ΙΟΟμπι。5.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合駐極體薄膜,其特征在于,所述復(fù)合駐極體薄膜的厚度為20μπι 至 200μηι。
【文檔編號】H01G7/02GK205542420SQ201521026805
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2015年12月10日
【發(fā)明人】周軍, 鐘俊文, 鐘其澤
【申請人】華中科技大學(xué)
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