本發(fā)明屬于發(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)駐極體薄膜的制備方法。

背景技術(shù)：

駐極體是指可長(zhǎng)期儲(chǔ)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(zhǎng)期保持電荷的能力，優(yōu)良的駐極體材料就有長(zhǎng)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。

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(huì)快速失去且不能自動(dòng)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。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種電荷自恢復(fù)駐極體薄膜的制備方法，其目的在于，利用熱壓成膜和電暈極化工藝進(jìn)行制備，并對(duì)成膜材料，成膜條件和極化條件等關(guān)鍵工藝進(jìn)行控制，能夠制備出機(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)駐極體材料在高濕度環(huán)境下電荷易流失的問題。

本發(fā)明提供了一種電荷自恢復(fù)駐極體薄膜的制備方法，包括下述步驟：

S1：利用熱壓印方法在第一薄膜或者第二薄膜上壓印出規(guī)則的凹陷圖 案；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；所述熱壓印方法的工藝參數(shù)包括：熱壓溫度為80℃至300℃，壓力為1000N至30000N；所述凹陷圖案的長(zhǎng)寬高均在50至5000μm之間；

S2：利用電暈極化方法對(duì)所述第一薄膜或者所述第二薄膜進(jìn)行極化處理后，使得所述第一薄膜或者所述第二薄膜帶上電荷，并將所述第一薄膜和所述第二薄膜吸附在一起；所述電暈極化方法中極化電壓為-5kV至-15kV或者是5kV至15kV；

S3：采用熱壓成膜方法對(duì)吸附在一起的所述第一薄膜和所述第二薄膜進(jìn)行熱壓融化處理，形成上層為第一薄膜下層為第二薄膜且中間有孔洞結(jié)構(gòu)的復(fù)合駐極體薄膜；

S4：利用負(fù)高壓電暈極化方法對(duì)所述復(fù)合駐極體薄膜進(jìn)行極化處理后，使得所述復(fù)合駐極體薄膜保持電荷；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(huì)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。

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(duì)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；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(duì)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。

更進(jìn)一步地，所述第一薄膜的厚度為10μm至100μm；所述第二薄膜的厚度為10μm至100μm。

更進(jìn)一步地，步驟S3中，所述孔洞的長(zhǎng)寬高均在50至5000μm之間。

更進(jìn)一步地，步驟S3中，所述熱壓成膜方法中熱壓溫度為80℃至300℃；壓力為10N至1000N。

更進(jìn)一步地，步驟S4中，極化時(shí)復(fù)合駐極體薄膜中上層的所述第一薄 膜正對(duì)極化針。

更進(jìn)一步地，步驟S4中，所述負(fù)高壓電暈極化方法中所采用的極化電壓與復(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。

更進(jìn)一步地，所述極化電壓為-5kV至-15kV。

更進(jìn)一步地，所述復(fù)合駐極體薄膜的厚度為20μm至200μm。

本發(fā)明還提供了一種基于上述的制備方法獲得的電荷自恢復(fù)駐極體薄膜。

總體而言，通過本發(fā)明所構(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)：

(1)本發(fā)明提供的駐極體薄膜制備方法具有便于操控、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。

(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，因此按照本發(fā)明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(huì)自動(dòng)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。

(3)由于制備原理都是具有柔性的高分子薄膜，因此按照本發(fā)明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(zhǎng)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

圖1是按照本發(fā)明的復(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；

圖2中，a是按照本發(fā)明的復(fù)合駐極體薄膜的數(shù)碼照片；b是按照本發(fā)明的復(fù)合駐極體薄膜的截面掃描電鏡圖；

圖3是按照本發(fā)明的復(fù)合駐極體薄膜的被高壓極化后內(nèi)外部電荷分布圖；

圖4中a是按照本發(fā)明的復(fù)合駐極體薄膜的表面電位-時(shí)間衰減圖示；b是按照本發(fā)明的復(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；

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：1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

為了使本發(fā)明的目的、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(duì)本發(fā)明進(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發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明屬于發(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(dòng)恢復(fù)功能的新型駐極體薄膜制備方法，所制得的駐極體薄膜制備方法簡(jiǎn)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。

本發(fā)明提供了一種電荷恢復(fù)駐極體薄膜的制備方法；利用熱壓成膜和電暈極化工藝進(jìn)行制備，并對(duì)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。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供一種電荷恢復(fù)駐極體薄膜的制備方法，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)。

本發(fā)明實(shí)施例提供的電荷恢復(fù)駐極體薄膜的制備方法該方法，具體包括下列步驟：

(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1；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1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(duì)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(duì)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。

(b)利用熱壓印技術(shù)在第一薄膜1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℃至300℃，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(zhǎng)寬高均在50至5000μm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。

(c)利用電暈極化方法使得第一薄膜1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1或第二薄膜2能充分地吸附電荷，從而形成強(qiáng)靜電吸附。

(d)采用熱壓成膜技術(shù)將吸附在一起的第一薄膜1和第二薄膜2緊緊地?zé)釅喝诨谝黄?，形成上層為第一薄?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(zhǎng)寬高均在50至5000μm之間。熱壓時(shí)，采用的熱壓溫度為80℃至300℃，具體選擇的熱壓溫度應(yīng)該位于第一薄膜1和第二薄膜2的熔程之間，使得熱壓過程中，第一薄膜1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(duì)不變；采用的壓力為10N至1000N，在此壓力范圍內(nèi)，既使得第一薄膜1和第二薄膜2能充分黏合 又不會(huì)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。

(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1正對(duì)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(huì)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(duì)于第一薄膜1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。

在本發(fā)明實(shí)施例中，步驟(a)中第一薄膜1的厚度為10μm至100μm；第二薄膜2的厚度為10μm至100μm，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20μm至200μm。

在本發(fā)明實(shí)施例中，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)。

總體而言，通過本發(fā)明所構(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)：

(1)本發(fā)明提供的駐極體薄膜制備方法具有便于操控、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。

(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，因此按照本發(fā)明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(huì)自動(dòng)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。

(3)由于制備原理都是具有柔性的高分子薄膜，因此按照本發(fā)明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(zhǎng)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。

為了使本發(fā)明的目的、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(duì)本發(fā)明進(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發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖1是按照本發(fā)明一種電荷自恢復(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1和下層第二薄膜2組成，第一薄膜1和第二薄膜2之間具有規(guī)則的孔洞結(jié)構(gòu)。

圖2a是按照本發(fā)明的復(fù)合駐極體薄膜的數(shù)碼照片，圖2b是按照本發(fā)明的復(fù)合駐極體薄膜的截面掃描電鏡圖。圖2a與圖2b清晰地顯示出第一薄膜1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)。

在本發(fā)明實(shí)施例中，第一薄膜1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(duì)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(duì)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。

在本發(fā)明實(shí)施例中，利用熱壓印技術(shù)在第一薄膜1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℃至200℃；采用的壓力為1000N至30000N；形成的規(guī)則凹陷圖案的長(zhǎng)寬高均在50至5000μm之間。

在本發(fā)明實(shí)施例中，采用熱壓成膜技術(shù)將吸附在一起的第一薄膜1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。熱壓時(shí)，采用的熱壓溫度為80℃至300℃；采用的壓力為10N至1000N。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。

在本發(fā)明實(shí)施例中，步驟(a)中第一薄膜1的厚度為10μm至100μm；第二薄膜2的厚度為10μm至100μm。所制得的復(fù)合駐極體薄膜的厚度為20μm至200μm.

圖3是按照本發(fā)明的復(fù)合駐極體薄膜的被高壓極化后內(nèi)外部電荷分布圖?？梢娫诒桓邏簶O化后，第一薄膜1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1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。

在本發(fā)明實(shí)施例中，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1正對(duì)極化針。極化電壓范圍為-5kV至-15kV。

圖4a是按照本發(fā)明的復(fù)合駐極體薄膜的表面電位-時(shí)間衰減圖示，圖4b是按照本發(fā)明的復(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4a和圖4b證明所制得的復(fù)合駐極體薄膜能夠長(zhǎng)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(huì)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。

綜上所述，通過本發(fā)明所構(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，本發(fā)明提供的駐極體薄膜制備方法具有便于操控、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，按照本發(fā)明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(huì)自動(dòng)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，按照本發(fā)明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(zhǎng)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。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。