本发明涉及一种纳米新能源领域，具体涉及一种摩擦纳米发电机用多孔石墨烯/银复合膜及其制备方法。
背景技术：
随着环境污染和能源危机的不断加剧,发展绿色能源变得越来越迫在眉睫。机械能在人们日常生活中普遍存在，将其转化为电能成为缓解能源危机的一个重要途径。纳米发电机可将生活中和自然界的机械能转化为电能，是近年来新兴的一种可持续能源再生技术。相比传统压电纳米发电机，摩擦纳米发电机具有高能量转化率、高输出功率，高灵敏度，高适应性，和低成本等优势，因而受到了广泛的重视。摩擦纳米发电机的工作原理是:基于两种具有不同电子吸附能力材料接触时产生的电荷转移作用,在两种材料分离时产生电势差，从而导致纳米发电机外接电路中的电子流动形成电流，进而实现机械能向电能的转化。
因此，影响摩擦纳米发电机性能的重要因素是摩擦纳米发电机中使用材料在接触时转移电荷的能力。而材料电荷转移的能力一方面取决于材料本身的得电子和失电子能力，另一方面取决于材料的表面结构和微观结构。目前，常用的柔性摩擦静电材料中，具有较强得电子能力的电负性材料较多，而具有较强失电子能力的电正性材料却十分匮乏。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种摩擦纳米发电机用三维多孔石墨烯/银复合膜及其制备方法，该材料具有轻量化、低成本、高比表面积和表面粗糙度的特点，应用于摩擦纳米发电机中可有效提高其单位体积的电荷密度。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种摩擦纳米发电机用多孔石墨烯/银复合膜及其制备方法，包括以下步骤：
(1)将氧化石墨烯分散在去离子水中，搅拌1～2h，超声振荡2～4h，得到氧化石墨烯分散液，其浓度为2～5mg/ml；
(2)将氧化石墨烯分散液加入硝酸银溶液中，超声分散20～30min，加入维生素c，在85～95℃下搅拌反应1～2h；待混合溶液自然冷却后，离心沉降，收集产物，并用蒸馏水洗涤2～3次，得到石墨烯/银纳米复合材料；
(3)将石墨烯/银纳米复合材料重新分散于水中，搅拌20～30min，得到前躯体溶液；
(4)将前躯体溶液在-65～75℃冷冻干燥2～3天，得到石墨烯/银气凝胶，将气凝胶压缩成三维多孔石墨烯/银复合膜。
步骤(1)中，所述氧化石墨烯为市售化学法合成的氧化石墨烯。
步骤(2)中，所述硝酸银溶液质量百分比浓度为20～100mg/ml，所述氧化石墨烯与硝酸银的质量比为1:1～1:5，所述氧化石墨烯与维生素c的质量比为1:50～1:100。
步骤(3)中，所述前躯体溶液中，石墨烯的质量浓度为2～4mg/ml。
步骤(4)中，所述三维多孔石墨烯/银复合薄膜的厚度为0.2～0.5mm。
本发明所述的摩擦纳米发电机用多孔石墨烯/银复合膜作为摩尔纳米发电机正极材料的应用。
正极材料采用三维多孔石墨烯/银复合膜，负极材料采用聚二甲基硅氧烷pdms，隔离块采用硅胶，电极薄膜采用氧化铟锡涂覆的导电聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，电流引线采用铜线。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的方法工艺简单，成本低廉，制备的三维多孔石墨烯/银复合薄膜具有轻量化、低成本、高比表面积和表面粗糙度的特点，应用于摩擦纳米发电机中可有效提高其单位体积的电荷密度。本发明制备的摩擦纳米发电机用三维多孔石墨烯/银复合膜超轻、超柔，为高性能的正极材料。
附图说明
图1为实施例1所制备的多孔石墨烯/银复合膜的扫描电镜图，该图兼作摘要附图。
图2为本发明提供的摩擦纳米发电机的结构示意图。
图3为基于实施例1制备的多孔石墨烯/银复合膜的摩擦纳米发电机的输出电压波形。
图中：1-正极材料，2-负极材料，3-隔离块，4-电极薄膜(集电器)，5-电流引线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
将60mg氧化石墨烯分散在20ml去离子水中配置成3mg/ml的分散液，磁力搅拌1.5h，超声振荡3h，得到分散均匀的氧化石墨烯溶液。在上述石墨烯溶液中加入2.4ml50mg/ml的硝酸银溶液(含硝酸银120mg)，超声分散30min，再加入4.8g维生素c，在90℃搅拌反应1.5h，待混合溶液自然冷却后，离心沉降，收集产物，并用蒸馏水洗涤2次，得到石墨烯/银纳米复合材料；将石墨烯/银纳米复合材料重新分散于20ml水中，搅拌30min，得到前躯体溶液；将前躯体溶液在-70℃冷冻干燥2天，得到石墨烯/银气凝胶，将气凝胶压缩成厚度为0.3mm的三维多孔石墨烯/银复合膜。
将实施例1制备的三维多孔石墨烯/银复合膜应用于摩擦纳米发电机，并检测摩擦纳米发电机的电压输出情况，具体结果见图3。
其中，摩尔纳米发电机的具体结构如图2所示，包括正极材料1、负极材料2、隔离块3、电极薄膜(集电器)4和电流引线5。正极材料采用实施例1制备的三维多孔石墨烯/银复合膜，负极材料为聚二甲基硅氧烷(pdms)，隔离块选用硅胶，电极薄膜选用氧化铟锡涂覆的导电聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，电流引线选用铜线。
图3为上述基于实施例1制备的三维多孔石墨烯/银复合膜的摩擦纳米发电机的输出电压图。在外部振动频率为9hz时，输出电压峰值为134v，具有稳定的电压输出能力，能量转化效率高。
实施例2
将50mg氧化石墨烯分散在25ml去离子水中配置成2mg/ml的分散液，磁力搅拌1h，超声振荡4h，得到分散均匀的氧化石墨烯溶液。在上述石墨烯溶液中加入2.5ml100mg/ml的硝酸银溶液(含硝酸银250mg)，超声分散20min，再加入5.0g维生素c，在85℃搅拌反应2h，待混合溶液自然冷却后，离心沉降，收集产物，并用蒸馏水洗涤3次，得到石墨烯/银纳米复合材料；将石墨烯/银纳米复合材料重新分散于20ml水中，搅拌20min，得到前躯体溶液；将前躯体溶液在-65℃冷冻干燥3天，得到石墨烯/银气凝胶，将气凝胶压缩成厚度为0.2mm的三维多孔石墨烯/银复合膜。
实施例3
在上述石墨烯溶液中加入4ml20mg/ml的硝酸银溶液(含硝酸银80mg)，超声分散30min，再加入4.0g维生素c，在95℃搅拌反应1h，待混合溶液自然冷却后，离心沉降，收集产物，并用蒸馏水洗涤2次，得到石墨烯/银纳米复合材料；将石墨烯/银纳米复合材料重新分散于30ml水中，搅拌20min，得到前躯体溶液；将前躯体溶液在-75℃冷冻干燥2天，得到石墨烯/银气凝胶，将气凝胶压缩成厚度为0.5mm的三维多孔石墨烯/银复合膜。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
技术特征：
1.一种摩擦纳米发电机用多孔石墨烯/银复合膜，其特征在于：其制备方法包括以下步骤：
(1)将氧化石墨烯分散在去离子水中，搅拌1～2h，超声振荡2～4h，得到氧化石墨烯分散液，其浓度为2～5mg/ml；
(2)将氧化石墨烯分散液加入硝酸银溶液中，超声分散20～30min，加入维生素c，在85～95℃下搅拌反应1～2h；待混合溶液自然冷却后，离心沉降，收集产物，并用蒸馏水洗涤2～3次，得到石墨烯/银纳米复合材料；
(3)将石墨烯/银纳米复合材料重新分散于水中，搅拌20～30min，得到前躯体溶液；
(4)将前躯体溶液在-65～75℃冷冻干燥2～3天，得到石墨烯/银气凝胶，将气凝胶压缩成三维多孔石墨烯/银复合膜。
2.根据权利要求1所述的摩擦纳米发电机用多孔石墨烯/银复合膜，其特征在于：步骤(1)中，所述氧化石墨烯为市售化学法合成的氧化石墨烯。
3.根据权利要求1所述的摩擦纳米发电机用多孔石墨烯/银复合膜，其特征在于：步骤(2)中，所述硝酸银溶液质量百分比浓度为20～100mg/ml，所述氧化石墨烯与硝酸银的质量比为1:1～1:5，所述氧化石墨烯与维生素c的质量比为1:50～1:100。
4.根据权利要求1所述的摩擦纳米发电机用多孔石墨烯/银复合膜，其特征在于：步骤(3)中，所述前躯体溶液中，石墨烯的质量浓度为2～4mg/ml。
5.根据权利要求1所述的摩擦纳米发电机用多孔石墨烯/银复合膜，其特征在于：步骤(4)中，所述三维多孔石墨烯/银复合薄膜的厚度为0.2～0.5mm。
6.权利要求1所述的摩擦纳米发电机用多孔石墨烯/银复合膜作为摩尔纳米发电机正极材料的应用。
7.采用权利要求1-5任一项所述的摩擦纳米发电机用多孔石墨烯/银复合膜制备的摩尔纳米发电机，其特征在于：正极材料采用三维多孔石墨烯/银复合膜，负极材料采用聚二甲基硅氧烷pdms，隔离块采用硅胶，电极薄膜采用氧化铟锡涂覆的导电聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，电流引线采用铜线。
技术总结
本发明涉及一种摩擦纳米发电机用多孔石墨烯/银复合膜及其制备方法。将氧化石墨烯分散在去离子水中，得到氧化石墨烯分散液；将氧化石墨烯分散液加入硝酸银溶液中，加入维生素C，待混合溶液自然冷却后，离心沉降，收集产物，洗涤，得到石墨烯/银纳米复合材料；将石墨烯/银纳米复合材料重新分散于水中，得到前躯体溶液；将前躯体溶液冷冻干燥，得到石墨烯/银气凝胶，将气凝胶压缩成三维多孔石墨烯/银复合膜。本发明的方法工艺简单，成本低廉，本发明制备的摩擦纳米发电机用三维多孔石墨烯/银复合膜超轻、超柔，为高性能的正极材料。
技术研发人员：于高远;缪菊红;姜伯儒;耿尚;潘旭辉
受保护的技术使用者：南京信息工程大学
技术研发日：.11.20
技术公布日：.02.28
