(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910622391.3
(22)申请日 2019.07.10
(71)申请人 南京工业大学
地址 210009 江苏省南京市鼓楼区新模范
马路30号
(72)发明人 于海东　韩尧杰　黄维　杜超　
张晓盼　徐佳　韩雨锋　
(74)专利代理机构 南京知识律师事务所 32207
代理人 吴频梅
(51)Int.Cl.
H02N  1/04(2006.01)
(54)发明名称
一种基于鱼明胶薄膜的摩擦纳米发电机及
其制备方法和应用
(57)摘要
本发明公开了一种基于鱼明胶薄膜的摩擦
纳米发电机，该发明属于纳米能源领域，用来收
集机械能并将其转换为电能。本发明选用鱼明胶
薄膜和PDMS薄膜作为两个相对的摩擦材料，制作
五年级英语试卷分析成垂直接触分离式的摩擦纳米发电机。以铜箔胶
带作为两个材料的电极层，最终组装成垂直接触
分离式的摩擦纳米发电机用于接下来的性能测
试和应用展示。基于鱼明胶薄膜的摩擦纳米发电
机具有很好的柔性、生物相容性，且输出性能优
异，可用于收集人体机械能并转化为电能，在不
久的将来，有望解决可穿戴电子设备的供能问
题。权利要求书2页  说明书7页  附图3页CN 112217413 A 2021.01.12
C N  112217413
A
1.一种基于鱼明胶薄膜的摩擦纳米发电机，其特征在于：将鱼明胶薄膜应用于摩擦纳米发电机，用来收集机械能并转化为电能，将鱼明胶薄膜与PDMS薄膜组装成垂直接触分离式的摩擦纳米发电机。
2.根据权利要求1所述的基于鱼明胶薄膜的摩擦纳米发电机，其特征在于：通过PTFE微粉对PDMS薄膜进行表面粗糙化用来提高摩擦纳米发电机的输出性能。
3.根据权利要求2所述的基于鱼明胶薄膜的摩擦纳米发电机，其特征在于：用砂纸对鱼明胶薄膜进行打磨增加表面粗糙度从而提高摩擦纳米发电机输出性能。
4.根据权利要求3所述的基于鱼明胶薄膜的摩擦纳米发电机，其特征在于：用三聚氰胺海绵作为支撑层，在为两摩擦材料提供间隙的同时还具有回弹性和柔性。
5.根据权利要求1所述的基于鱼明胶薄膜的摩擦纳米发电机，其特征在于：所述鱼明胶薄膜的原料为含有丰富的胶原蛋白且脂肪含量较低的鱼鳞，均来自于菜市场中。
6.根据权利要求1-5任一所述的基于鱼明胶薄膜的摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将废弃的鱼鳞在阳光下晒干，用自来水清洗干净；
(2)分别用氢氧化钠和盐酸对鱼鳞进行处理，去除鱼鳞中的杂质；
(3)将鱼鳞和水放入不锈钢密闭容器中进行水解；
(4)用筛子将固体与液体分离，通过离心的方法，去除液体中可能存在的任何形式的固体残渣；
(5)离心后的液体被转移到加热台上的烧杯里，逐渐蒸发至粘稠，然后将液体倾倒在一个平整的塑料表面皿上，静置使其凝固成膜；
(6)用砂纸对鱼明胶薄膜进行打磨；
(7)配置PDMS溶液；
(8)将PDMS溶液均匀平铺在塑料培养皿中；
小s曾宝仪(9)将溶液置于烘箱中加热，在未完全成型前均匀铺上PTFE粉末后继续烘干得到PDMS 薄膜；
(10)在鱼明胶薄膜和PDMS薄膜背面贴上电极层，再用细铜箔作为外接负载的导线引出；
(11)将所制成的鱼明胶薄膜及PDMS薄膜最终组装成一种基于鱼明胶薄膜的摩擦纳米发电机。
7.根据权利要求6所述的基于鱼明胶薄膜的摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于：所述步骤10中的电极层为导电铜箔胶带，可方便粘附在摩擦材料表面，其电阻0.01Ω/sq。
8.根据权利要求6所述的基于鱼明胶薄膜的摩擦纳米发电机的发电方法，其特征在于：还包括以下步骤：
(1)按照要求制作发电机；
(2)用外力拍打发电机，使得发电机内侧的两个摩擦层表面相互接触，然后利用支撑材料的弹性使得两个摩擦层的表面分离，如此往复运动；
(3)用细导电铜箔把发电机两端接到用电器或者储能装置；
(4)进行拍打运动，当摩擦层的两部分相互接触的时候，摩擦层的两部分表面会产生正负电荷，此时电极层会产生相对应的电荷，随着摩擦层的两部分分离，电极层上的电荷被驱
动产生交变电流。
一种基于鱼明胶薄膜的摩擦纳米发电机及其制备方法和应用
技术领域
[0001]本发明一种基于鱼明胶薄膜的摩擦纳米发电机，用于收集环境中机械振动以及人体运动所产生的机械能，并将其转换为电能，在未来可穿戴电子领域有较大应用前景，该发明属于纳米能源领域。
背景技术
[0002]能源通常是指为工厂、城市乃至国家供电的大型能源，目前这种大型能源主要是指化石能源，包括：煤、石油和天然气。化石能源是目前全球的最主要能源，2006年全球能源中化石能源占比高达87.9％，我国的比例高达93.8％。但随着人类的不断开采，化石能源的枯竭是不可避免的，大部分化石能源本世纪将被开采殆尽。从另一方面看，由于化石能源在使用过程中会产生大量温室气体二氧化碳，同时可能产生一些有污染的烟气，威胁全球生态。因而，开发更清洁的可再生能源是今后发展的方向。
[0003]电子设备的快速发展呈现小型化、可移动和多功能的趋势。计算机和手机是两个典型的例子，在不久的将来，我们身边的电子设备会远远小于手机的尺寸，这样每个人都会拥有几十个、甚至上百个这样的电子产品。目前这种小型的电子产品是由电池供电，但是只用电池来驱动整个电子网络是不现实的，而且电池的使用也会带来难以追踪和回收的问题，以及可能导致环境污染和健康危害。因此急需能够独立地为这种小型电子器件持续供电的新型能源，这种电源可以广泛应用在超敏感生物-化学传感器、纳米机器人、微机电系统、遥感及可移动环境传感器、可移动-可穿戴电子设备等各个方面。
[0004]机械能是我们日常生活中常见的一种能量，具有多种表现形式，包括人体的活动、走路、振动、机械触发、轮胎转动、风能、水能等。怎样收集这些富足却被浪费的机械能成为近年来科学家热衷研究的课题之一。
[0005]摩擦起电效应是一种由接触引发的带电效应，即在一种材料与另一种材料发生摩擦的过程中会带上电荷。摩擦起电效应很可能是为数不多的人们已经知道了几千年的效应，但它在我们生活中大多被当作负面效应，这也是为什么这种现象存在了几千年却没有实际的正面应用的原因。直到最近，随着王中林课题组提出了摩擦纳米发电机(TENG)的概念，摩擦起电效应才被广泛应用到机械能采集和自驱动机械传感器中，但目前的摩擦纳米发电机多选用金属或合成高分子作为摩擦材料，材料不易降解、对环境不够友好。也有研究者将天然可降解的蚕丝蛋白膜、牛奶蛋白膜等材料应用在摩擦纳米发电机中，但这些材料制作工艺复杂，成本较高，不适合大批量的制作。马苏吴奇隆
[0006]本发明废物利用，将废弃的鱼鳞制备出鱼明胶薄膜，鱼明胶薄膜具有柔性环保的优点，可通过水直接降解。基于鱼明胶薄膜和PDMS薄膜制备成摩擦纳米发电机，可以收集日常生活中富余的机械能，为未来柔性可穿戴电子的功能问题提出一种新的解决方案。
发明内容
[0007]发明解决的技术问题是：本发明旨在克服现有技术的不足，解决了目前摩擦纳米
发电机所用材料不易降解不够环保的问题。开发了一种廉价绿的基于鱼明胶薄膜的摩擦纳米发电机。所用鱼明胶薄膜成本低廉易得、制备方法简单、易于降解并且具备柔性和生物相容性。可用于收集环境中由于机械振动以及人体运动产生的机械能，例如按压，拍打等。[0008]为了解决上述技术问
马东锡曝明年结婚题，本发明采用如下技术方案：一种基于鱼明胶薄膜的摩擦纳米发电机，将鱼明胶薄膜应用于摩擦纳米发电机，用来收集机械能并转化为电能，将鱼明胶薄膜与PDMS薄膜组装成垂直接触分离式的摩擦纳米发电机。
[0009]优选的，通过PTFE微粉对PDMS薄膜进行表面粗糙化用来提高摩擦纳米发电机的输出性能。
[0010]优选的，用砂纸对鱼明胶薄膜进行打磨增加表面粗糙度从而提高摩擦纳米发电机输出性能。
[0011]优选的，用三聚氰胺海绵作为支撑层，在为两摩擦材料提供间隙的同时还具有回弹性和柔性。
[0012]优选的，所述鱼明胶薄膜的原料为含有丰富的胶原蛋白且脂肪含量较低的鱼鳞，均来自于菜市场中。
[0013]优选的，所述的基于鱼明胶薄膜的摩擦纳米发电机的制备方法，包括以下步骤：[0014](1)将废弃的鱼鳞在阳光下晒干，用自来水清洗干净；
[0015](2)分别用氢氧化钠和盐酸对鱼鳞进行处理，去除鱼鳞中的杂质；
月光温柔缠绵迷雾模糊你的脸是什么歌
[0016](3)将鱼鳞和水放入不锈钢密闭容器中进行水解；
[0017](4)用筛子将固体与液体分离，通过离心的方法，去除液体中可能存在的任何形式的固体残渣；
[0018](5)离心后的液体被转移到加热台上的烧杯里，逐渐蒸发至粘稠，然后将液体倾倒在一个平整的塑料表面皿上，静置使其凝固成膜；
[0019](6)用砂纸对鱼明胶薄膜进行打磨；
[0020](7)配置PDMS溶液；
[0021](8)将PDMS溶液均匀平铺在塑料培养皿中；
[0022](9)将溶液置于烘箱中加热，在未完全成型前均匀铺上PTFE粉末后继续烘干得到PDMS薄膜；
[0023](10)在鱼明胶薄膜和PDMS薄膜背面贴上电极层，再用细铜箔作为外接负载的导线引出；
[0024](11)将所制成的鱼明胶薄膜及PDMS薄膜最终组装成一种基于鱼明胶薄膜的摩擦纳米发电机。
[0025]优选的，所述步骤(10)中的电极层为导电铜箔胶带，可方便粘附在摩擦材料表面，其电阻0.01Ω/sq。
苍井空的av作品[0026]优选的，还包括以下步骤：
[0027](1)按照要求制作发电机；
[0028](2)用外力拍打发电机，使得发电机内侧的两个摩擦层表面相互接触，然后利用支撑材料的弹性使得两个摩擦层的表面分离，如此往复运动；
[0029](3)用细导电铜箔把发电机两端接到用电器或者储能装置；
[0030](4)进行拍打运动，当摩擦层的两部分相互接触的时候，摩擦层的两部分表面会产