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，當復(fù)合駐極體薄膜所保持的電荷在受到外界干擾時，其保持的電荷會消失，當外界干擾消失后，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，且機械性能好，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，因此駐極體在能源收集領(lǐng)域特別是機電轉(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重要指標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，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，抗外界干擾能力強的駐極體材料的需求。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實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，獲得機械性能好、可保持的電荷量大、抗干擾能力強、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，當所述復(fù)合駐極體薄膜所保持的電荷在受到外界干擾時，其保持的電荷會消失，當外界干擾消失后，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]更進一步地，所述第一薄膜是指在電暈極化后保持負電荷的高分子薄膜，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:
[0012](I)本實用新型提供的復(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。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，可以用于制備柔性靜電感應(yīng)發(fā)電機。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)是按照本實用新型的復(fù)合駐極體薄膜的表面電位-時間衰減圖示；圖4(b)是按照本實用新型的復(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。
【具體實施方式】
[0020]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0021]本實用新型屬于發(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、機械性能好、可保持的電荷量大、抗外界干擾能力強的優(yōu)點，使得利用此種駐極體薄膜制備的柔性發(fā)電機具有更寬廣的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0022]本實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)鍵工藝進行了研究和設(shè)計，相應(yīng)能夠制備機械性能好、可保持的電荷量大、抗干擾能力強、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，使得利用此種駐極體薄膜制備的柔性發(fā)電機具有更寬廣的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0023]為實現(xiàn)上述目的，按照本實用新型，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，應(yīng)用于機電轉(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，采用的熱壓溫度為80°C至300°C，因為步驟(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?，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，孔洞長寬高均在50至5000μπι之間。熱壓時，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，所制得的薄膜粘附牢固，機械性能好，不易斷裂。
[0029](e)利用負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，例如觸碰到水，其保持的電荷會消失，當外界干擾消失后，經(jīng)過一定的時間后復(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)時間在半小時到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，因為其所用的原理都是柔性的高分子薄膜，可用于制備柔性靜電感應(yīng)發(fā)電機。
[0032]總體而言，通過本實用新型所構(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:
[0033](I)本實用新型提供的復(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。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，可以用于制備柔性靜電感應(yīng)發(fā)電機。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)電機輸出大，且具有更寬廣的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0036]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0037]圖1是按照本實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，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，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，所制得的薄膜粘附牢固，機械性能好。
[0042]在本實用新型中，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)出負電荷，在第二薄膜2表面感應(yīng)出正電荷。
[0044]在本實用新型中，利用負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)是按照本實用新型的復(fù)合駐極體薄膜的表面電位-時間衰減圖示，圖4(b)是按照本實用新型的復(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間保持較大量的剩余電荷，同時復(fù)合駐極體薄膜所保持的電荷在受到外界干擾時，例如觸碰到水，其保持的電荷會消失，當外界干擾消失后，經(jīng)過一定的時間后復(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:首先，本實用新型提供的復(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。所制備的復(fù)合駐極體薄膜機械性能好，不容易脫落或者開裂;其次，按照本實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，可以用于制備柔性靜電感應(yīng)發(fā)電機。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，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
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，當所述復(fù)合駐極體薄膜所保持的電荷在受到外界干擾時，其保持的電荷會消失，當外界干擾消失后，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)