本發(fā)明屬于壓電納米發(fā)電機(jī)領(lǐng)域，特別涉及一種基于壓電納米棒的直接書寫法制備壓電納米發(fā)電機(jī)的方法。

背景技術(shù)：
隨著能源危機(jī)的不斷加劇，從環(huán)境中的可持續(xù)資源中獲取能源成為能源發(fā)展的重要趨勢(shì)。納米發(fā)電機(jī)因其將隨處可見的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的獨(dú)特性質(zhì)越來越受到研究人員的關(guān)注。為獲得高性能的納米發(fā)電機(jī)，研究人員嘗試制備壓電層圖案化的壓電納米發(fā)電機(jī)。圖案化結(jié)構(gòu)導(dǎo)致應(yīng)力局域效應(yīng)，有效的應(yīng)變可以大幅度的提高壓電性能?，F(xiàn)有的方法多為模板輔助法，所用的模板如氧化鋅納米棒陣列、聚苯乙烯納米球陣列及光刻模板，該方法步驟復(fù)雜，耗時(shí)，昂貴。為提高壓電納米發(fā)電機(jī)的性能，研究人員還通過外延生長(zhǎng)法、靜電紡絲等方法制備取向的納米棒陣列，但該方法只適用于有限的材料。因而，開發(fā)一種適用于多種材料、制備方法簡(jiǎn)單、快速、節(jié)約成本的高性能壓電納米發(fā)電機(jī)一直以來是研究的熱點(diǎn)之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種基于壓電納米棒的直接書寫法制備壓電納米發(fā)電機(jī)的方法。該方法可同時(shí)獲得圖案化及內(nèi)部壓電納米棒取向的壓電層。其中圖案化可自行設(shè)計(jì)，取向是噴頭側(cè)壁對(duì)墨水的剪切應(yīng)力造成的。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，快速，節(jié)約成本，可大規(guī)模制備圖案化及內(nèi)部壓電納米棒取向的壓電納米發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)具有較高的輸出電壓。本發(fā)明所述的基于壓電納米棒的直接書寫法制備壓電納米發(fā)電機(jī)的方法為：(1)采用直接書寫打印機(jī)按照?qǐng)D文信息將基于壓電納米棒的墨水直接書寫在下電極上；(2)重復(fù)步驟(1)0-20次，固化，得到圖案化的壓電層；(3)將粘附液涂覆在上電極上得到粘附層；將上電極的粘附層一面蓋于下電極的壓電層上，固化，極化，即得到基于壓電納米棒的直接書寫法制備的壓電納米發(fā)電機(jī)。所述的上電極和下電極均為導(dǎo)電層覆蓋的柔性聚合物膜。所述導(dǎo)電層的材料選自金屬、金屬氧化物、碳材料中的一種或幾種。所述的金屬選自金、銀、銅。所述的金屬氧化物選自氧化銦錫。所述的碳材料選自石墨烯、碳納米管。所述的柔性聚合物膜的材料選自聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚酰亞胺、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯。所述的基于壓電納米棒的墨水的配制方法為：將長(zhǎng)度1-200μm的壓電納米棒，與質(zhì)量比為1-100的可固化預(yù)聚體及其對(duì)應(yīng)的固化劑混合均勻；墨水中壓電納米棒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0-80％，且不為0。所述的壓電納米棒選自鈮酸鉀納米棒、鈮酸鈉納米棒、鈮酸鉀鈉納米棒、氧化鋅納米棒、鈦酸鋇納米棒、鋯鈦酸鉛納米棒、氮化銦納米棒、氮化鎵納米棒。上述步驟(1)中的直接書寫的方法為：將墨水注入墨盒內(nèi)，將下電極固定在打印平臺(tái)上，墨水在10-150psi的空氣壓力下，以0.1-80mms-1的速度打印。上述步驟(2)所述的圖案為一組平行線，相鄰兩條線的間距大于線條寬度。上述步驟(2)的固化溫度為60-150℃，固化時(shí)間不少于10min。上述步驟(3)的粘附液選自質(zhì)量比為1-100的可固化預(yù)聚體及其對(duì)應(yīng)的固化劑。所述的可固化預(yù)聚體選自硅橡膠預(yù)聚體、聚氨酯預(yù)聚體、自交聯(lián)型聚丙烯酸酯預(yù)聚體、自交聯(lián)型環(huán)氧樹脂預(yù)聚體。上述步驟(3)中固化溫度為60-150℃，固化時(shí)間不少于10min。上述步驟(3)中極化溫度為20-150℃，極化電壓與壓電層的厚度的比例為10kV/cm-600kV/cm，極化時(shí)間不少于2h。本發(fā)明創(chuàng)新的采用了直接書寫這一簡(jiǎn)單、快捷、便宜的方法同時(shí)獲得圖案化及壓電納米棒取向兩種特征，該方法增大了壓電納米發(fā)電機(jī)的輸出電壓，從而有效地提高了其性能。附圖說明圖1本發(fā)明的基于壓電納米棒的直接書寫法制備壓電納米發(fā)電機(jī)的方法示意圖。圖2實(shí)施例1中步驟(3)得到的圖案為一組平行線的壓電層的顯微鏡圖。圖3實(shí)施例1中步驟(3)得到的壓電層中壓電納米棒取向的電子顯微鏡圖。圖4實(shí)施例1制得的壓電納米發(fā)電機(jī)的實(shí)物圖。圖5實(shí)施例1制得的壓電納米發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出電壓圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)施例1：(1)利用真空沉積法制備金覆蓋的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯膜作為下電極，金覆蓋的聚酰亞胺膜作為上電極，上下電極的面積均為4cm*2cm；(2)配制墨水：將長(zhǎng)度約為20μm的鈮酸鉀鈉納米棒，與質(zhì)量比為10:1的聚二甲基硅氧烷預(yù)聚體、聚二甲基硅氧烷固化劑混合，然后放于冰水浴中以轉(zhuǎn)速800rpm攪拌0.5h混合均勻；墨水中鈮酸鉀鈉納米棒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％；具體用量為4.03g鈮酸鉀鈉納米棒、5.50g聚二甲基硅氧烷預(yù)聚體和0.55g聚二甲基硅氧烷固化劑；(3)取3g墨水注入直接書寫打印機(jī)的墨盒內(nèi)，選用直徑為200μm的噴頭；將下電極固定在打印平臺(tái)上，沉積金屬的一面朝上，調(diào)整噴頭直徑高于下電極表面10μm；使墨水在30psi的空氣壓力下，以10mms-1的速度按照?qǐng)D文信息將墨水直接書寫在下電極上；150℃下固化30min，得到面積為2cm*2cm的圖案為一組平行線的壓電層，兩條相鄰的平行線間的間距為350μm，線條寬度為260μm；(4)將質(zhì)量比為10:1的聚二甲基硅氧烷預(yù)聚體和聚二甲基硅氧烷固化劑組成的粘附液旋涂于上電極上得到粘附層，旋涂轉(zhuǎn)速為4000rpm，旋涂時(shí)間為30s；(5)將上電極的粘附層一面蓋于下電極的壓電層上，80℃放置2h，完全固化后，0.4kV電壓，150℃下極化24h，即得壓電納米發(fā)電機(jī)。上述制得的壓電納米發(fā)電機(jī)做彎折測(cè)試得到的輸出電壓為～21V，測(cè)試時(shí)的彎折位移為2cm，頻率為0.5Hz。實(shí)施例2：(1)利用真空沉積法制備金覆蓋的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯膜作為下電極，金覆蓋的聚酰亞胺膜作為上電極，上下電極的面積均為4cm*2cm；(2)配制墨水：將長(zhǎng)度約為20μm的鈮酸鉀鈉納米棒，與質(zhì)量比為10:1的聚二甲基硅氧烷預(yù)聚體、聚二甲基硅氧烷固化劑混合，然后放于冰水浴中以轉(zhuǎn)速800rpm攪拌0.5h混合均勻；墨水中鈮酸鉀鈉納米棒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％；具體用量為4.03g鈮酸鉀鈉納米棒、5.50g聚二甲基硅氧烷預(yù)聚體和0.55g聚二甲基硅氧烷固化劑；(3)取3g墨水注入直接書寫打印機(jī)的墨盒內(nèi)，選用直徑為200μm的噴頭；將下電極固定在打印平臺(tái)上，沉積金屬的一面朝上，調(diào)整噴頭直徑高于下電極表面10μm；使墨水在30psi的空氣壓力下，以10mms-1的速度按照?qǐng)D文信息將墨水打印在下電極上；打印一遍后，將噴頭抬高40μm，按照相同的圖文信息和位置再打印一遍，重復(fù)打印四次，得到五層墨水的圖案，150℃下固化30min，得到面積為2cm*2cm的圖案為一組平行線的壓電層，兩條相鄰的平行線間的間距為350μm，線條寬度為280μm；(4)將質(zhì)量比為10:1的聚二甲基硅氧烷預(yù)聚體和聚二甲基硅氧烷固化劑組成的粘附液旋涂于上電極上得到粘附層，旋涂轉(zhuǎn)速為4000rpm，旋涂時(shí)間為30s；(5)將上電極的粘附層一面蓋于下電極的壓電層上，80℃放置2h，完全固化后，2kV電壓，150℃下極化24h，即得壓電納米發(fā)電機(jī)。上述制得的壓電納米發(fā)電機(jī)做彎折測(cè)試得到的輸出電壓為～72V，測(cè)試時(shí)的彎折位移為2cm，頻率為0.5Hz。