【摘 要】
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近年来,不断发展的智能化微型电子器件可以通过微瓦级电量改变着未来,这些设备的微型化、持久化、便携化和多功能化将会成为电子器件及其配件系统的重要发展方向。柔性压电纳米发电机的兴起很大程度上促进了该领域的发展,但是现有的压电发电机输出的是交流电能,需要连接整流器才能使电器正常运行,这一定程度上提高了电子器件的使用空间。为了减小器件的使用空间,本文利用半导体与金属之间形成肖特基接触制备可以输出直流电能的
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近年来,不断发展的智能化微型电子器件可以通过微瓦级电量改变着未来,这些设备的微型化、持久化、便携化和多功能化将会成为电子器件及其配件系统的重要发展方向。柔性压电纳米发电机的兴起很大程度上促进了该领域的发展,但是现有的压电发电机输出的是交流电能,需要连接整流器才能使电器正常运行,这一定程度上提高了电子器件的使用空间。为了减小器件的使用空间,本文利用半导体与金属之间形成肖特基接触制备可以输出直流电能的纳米发电机,实现了纳米发电机的自整流效果。首先,将聚吡咯（PPy）与没有压电性能的聚丙烯（PP）进行复合制备柔性直流纳米发电机,研究表明随着氧化剂浓度的增加,PPy的负载量呈现出先增加后减小的趋势,当氧化剂浓度为2 mol/L时,生成PPy的量最多。随后通过不断变化工艺参数得到最优输出电压为3.46 V,最优输出电流为31.97μA,最优电流密度为3.55μA/cm~2。相比于纯PP无纺布,输出电压提高了401.45%,电流提高了7511.90%。其次,为了提高电能输出,将基底换成具有较好压电性能的聚偏氟乙烯（PVDF）,研究表明随着氧化剂浓度的增加,聚吡咯的负载量不断增加。当聚合时间为90 min,氧化剂浓度为2 mol/L时,PPy的负载量为4.89 mg/cm~2,该器件输出最优,此时电压为1.24 V,电流为205.01μA,电流密度为22.78μA/cm~2。相比于纯PVDF,电压输出有所降低,电流输出则大幅度提高。最后,更换了压电性能优良的聚丙烯腈（PAN）基底材料,通过不断测试,当聚合时间为120 min,氧化剂浓度为1.5 mol/L时,器件输出最优,此时电压为1.11 V,电流输出为123.24μA,电流密度为13.69μA/cm~2。同时该器件在5 N的应力下100 s内可以使4.7μF的电容器充电到0.5 V。该方法虽然实现了自整流,但基底材料的更换并没有实现高效电能的输出。本研究将PPy与各种柔性织物复合,成功的制备出了具有直流输出的柔性压电纳米发电机,但该器件依然存在电能输出小的缺点,今后仍需不断研究改进。展望未来,利用肖特基整流结实现直流电能输出的方式在纳米发电机领域中具有重要的意义和研究价值。
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