本發明屬于(yu)納米(mi)發電(dian)機，具體涉及基(ji)于(yu)鐵基(ji)非晶合金/高熵合金復合薄膜電(dian)極的摩擦納米(mi)發電(dian)機及其制備(bei)方法(fa)。

背景技術：

1、摩擦(ca)納米發電(dian)(dian)機(triboelectric?nanogenerators,tengs)利用摩擦(ca)起電(dian)(dian)和靜電(dian)(dian)感(gan)應(ying)的耦合效應(ying)將微小的機械能(neng)(neng)轉換為電(dian)(dian)能(neng)(neng)。近年來，teng已(yi)被證(zheng)明應(ying)用于海洋環(huan)境監測、能(neng)(neng)源收集、無線電(dian)(dian)求救(jiu)系統、可(ke)穿(chuan)戴設備和傳(chuan)感(gan)裝置(zhi)的可(ke)行性(xing)，但它們受到摩擦(ca)材料固有局限性(xing)的影響(xiang)，難以(yi)在腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)環(huan)境下正(zheng)常(chang)工(gong)作，影響(xiang)其在極端環(huan)境或者高鹽度海平面中(zhong)(zhong)的應(ying)用。因此，研制(zhi)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的高性(xing)能(neng)(neng)摩擦(ca)納米發電(dian)(dian)機器(qi)件不僅(jin)能(neng)(neng)保(bao)持高輸出供能(neng)(neng)，而且(qie)能(neng)(neng)在腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)環(huan)境中(zhong)(zhong)保(bao)持穩(wen)定輸出。

2、鐵基(ji)非晶(jing)合金(jin)(jin)又(you)稱金(jin)(jin)屬(shu)(shu)玻璃(li)(metallic?glass,mg)，是一種極具(ju)(ju)應用前(qian)景(jing)的(de)(de)功能(neng)(neng)性(xing)材料(liao)，其(qi)力學特性(xing)與普通金(jin)(jin)屬(shu)(shu)的(de)(de)晶(jing)體結構不(bu)(bu)同，呈(cheng)現出無(wu)序的(de)(de)原子結構。鐵基(ji)非晶(jing)合金(jin)(jin)薄(bo)膜由于(yu)微觀(guan)上短程有(you)(you)(you)序、長程無(wu)序的(de)(de)特殊結構導致(zhi)其(qi)具(ju)(ju)有(you)(you)(you)優異的(de)(de)綜合力學性(xing)能(neng)(neng)、耐腐(fu)(fu)性(xing)能(neng)(neng)和(he)軟磁(ci)性(xing)能(neng)(neng)，并且(qie)表現出高(gao)強(qiang)度、高(gao)硬度、高(gao)彈性(xing)模(mo)量(liang)和(he)優異的(de)(de)耐磨(mo)性(xing)，在傳感器、無(wu)線充(chong)電(dian)以及5g設備等高(gao)新技術領域具(ju)(ju)有(you)(you)(you)廣闊的(de)(de)應用前(qian)景(jing)。值(zhi)得注意的(de)(de)是，mg也被應用于(yu)teng中，以彌補其(qi)他材料(liao)制(zhi)成(cheng)teng的(de)(de)不(bu)(bu)足，如增強(qiang)耐腐(fu)(fu)蝕性(xing)能(neng)(neng)、提高(gao)輸出性(xing)能(neng)(neng)等。

3、高(gao)熵(shang)合(he)金(high-entropy?alloys，heas)又稱為多(duo)主元(yuan)合(he)金，包含五種或五種以上(shang)主元(yuan)合(he)金，且具有(you)穩定的力(li)學性(xing)(xing)能。al20cr20fe20mo20ti20高(gao)熵(shang)合(he)金經磁控濺射在鐵(tie)基(ji)非(fei)晶合(he)金帶材(cai)上(shang)成膜(mo)后也(ye)是非(fei)晶狀(zhuang)態，具有(you)耐腐蝕(shi)性(xing)(xing)好、抗氧(yang)化(hua)性(xing)(xing)好、耐磨(mo)性(xing)(xing)好、熱穩定性(xing)(xing)好、抗蠕變(bian)性(xing)(xing)好等優點。現有(you)技術中(zhong)，摩(mo)擦(ca)納(na)米發(fa)電(dian)機(ji)(ji)的研究(jiu)多(duo)集(ji)中(zhong)在對負摩(mo)擦(ca)電(dian)材(cai)料上(shang)，對正摩(mo)擦(ca)電(dian)材(cai)料的研究(jiu)相對較少(shao)，尚未見基(ji)于鐵(tie)基(ji)非(fei)晶合(he)金/高(gao)熵(shang)合(he)金復合(he)薄膜(mo)制備耐腐蝕(shi)的高(gao)性(xing)(xing)能摩(mo)擦(ca)納(na)米發(fa)電(dian)機(ji)(ji)相關(guan)報道。

技術實現思路

1、基(ji)(ji)于此，本發(fa)明的(de)(de)主要(yao)目的(de)(de)在于提供(gong)基(ji)(ji)于鐵(tie)基(ji)(ji)非晶(jing)(jing)合(he)金(jin)/高(gao)熵(shang)合(he)金(jin)復(fu)(fu)合(he)薄(bo)膜電極的(de)(de)摩(mo)擦納米發(fa)電機(ji)，其包括鐵(tie)基(ji)(ji)非晶(jing)(jing)合(he)金(jin)/高(gao)熵(shang)合(he)金(jin)復(fu)(fu)合(he)薄(bo)膜電極，具有耐腐(fu)蝕性(xing)(xing)、抗(kang)氧化性(xing)(xing)、耐磨(mo)性(xing)(xing)、熱(re)穩定性(xing)(xing)和抗(kang)蠕變(bian)性(xing)(xing)好的(de)(de)特性(xing)(xing)，可以提高(gao)摩(mo)擦納米發(fa)電機(ji)的(de)(de)輸出(chu)性(xing)(xing)能。

2、本發明(ming)的(de)另(ling)一目的(de)在于提供所述基于鐵基非(fei)晶合金/高熵合金復合薄膜電極(ji)的(de)摩擦納米發電機的(de)制(zhi)備方法(fa)。

3、為實現上述目的(de)，本(ben)發明采用如(ru)下技術方案：

4、本發明提(ti)供一種鐵基(ji)非晶(jing)合(he)金/高(gao)熵合(he)金復合(he)薄膜，其通(tong)過(guo)鐵基(ji)非晶(jing)合(he)金材(cai)料磁(ci)控(kong)濺射(she)靶材(cai)而成，所述(shu)鐵基(ji)非晶(jing)合(he)金材(cai)料的組(zu)成按質(zhi)量(liang)百分比計為(wei)：si0～6％，b?1％～5％，v＜1，cr?0～5％，余量(liang)為(wei)fe，厚度為(wei)10～30μm；所述(shu)靶材(cai)為(wei)al20cr20fe20mo20ti20合(he)金。

5、本(ben)發(fa)明還提供一(yi)種基于鐵基非晶合(he)金/高(gao)熵合(he)金復合(he)薄膜電極的(de)摩擦納米發(fa)電機，其制備方(fang)法包(bao)括以(yi)下步驟：

6、(1)準(zhun)備鐵基非(fei)晶(jing)(jing)合(he)金材(cai)料(liao)和靶材(cai)，所述(shu)鐵基非(fei)晶(jing)(jing)合(he)金材(cai)料(liao)的組成按質量(liang)百分比計為：si?0～6％，b?1％～5％，v＜1，cr?0～5％，余(yu)量(liang)為fe，制成厚度為10～30μm的鐵基非(fei)晶(jing)(jing)合(he)金帶材(cai)，所述(shu)靶材(cai)為al20cr20fe20mo20ti20合(he)金；

7、(2)磁(ci)控濺(jian)射(she)制(zhi)備復合(he)(he)薄(bo)膜(mo)：所述(shu)鐵(tie)基非(fei)晶(jing)(jing)合(he)(he)金帶材(cai)裁剪為若干個(ge)4×4cm2的(de)樣品，放入(ru)無水乙醇溶液(ye)進(jin)行(xing)超聲波清洗，干燥后用(yong)銅膠帶將四個(ge)4×4cm2的(de)鐵(tie)基非(fei)晶(jing)(jing)合(he)(he)金帶材(cai)固(gu)定到磁(ci)控濺(jian)射(she)沉積系統的(de)不同(tong)靶頭上(shang)并標記序號，在設定的(de)磁(ci)控濺(jian)射(she)工藝條(tiao)件下進(jin)行(xing)磁(ci)控濺(jian)射(she)鍍膜(mo)，在鐵(tie)基非(fei)晶(jing)(jing)合(he)(he)金基底上(shang)形成非(fei)晶(jing)(jing)狀態(tai)的(de)高熵(shang)合(he)(he)金薄(bo)膜(mo)，即鐵(tie)基非(fei)晶(jing)(jing)合(he)(he)金/高熵(shang)合(he)(he)金復合(he)(he)薄(bo)膜(mo)；

8、(3)制備(bei)摩擦(ca)(ca)正(zheng)電極：所述(shu)鐵基非晶合金/高熵合金復合薄(bo)(bo)膜剪(jian)切為(wei)2×2cm2的小尺(chi)寸薄(bo)(bo)膜，附著在(zai)亞克力(li)板上固定，作(zuo)為(wei)摩擦(ca)(ca)正(zheng)電極；將聚(ju)四氟(fu)乙烯(xi)薄(bo)(bo)膜剪(jian)切為(wei)2×2cm2的小尺(chi)寸薄(bo)(bo)膜，附著在(zai)導電鋁(lv)箔上固定，作(zuo)為(wei)摩擦(ca)(ca)負電極；

9、(4)制(zhi)備摩(mo)擦納米發(fa)(fa)電機(ji)：將步驟(3)中所得摩(mo)擦正電極和(he)摩(mo)擦負電極組成(cheng)摩(mo)擦納米發(fa)(fa)電機(ji)。

10、作為優選，步驟(1)中，所(suo)述(shu)鐵基非晶合金帶材(cai)的厚度(du)為20μm。

11、作為優選，步(bu)驟(zou)(2)中，所述(shu)磁(ci)控濺射沉積(ji)系(xi)統(tong)為jgp560梨(li)形單室磁(ci)控濺射沉積(ji)系(xi)統(tong)。

12、作為(wei)優選，步驟(2)中，所述磁控(kong)濺(jian)射工藝包括：磁控(kong)濺(jian)射功率為(wei)40～80w，磁控(kong)濺(jian)射時間為(wei)60～120min，基底溫度為(wei)140～160℃，氬氣流量(liang)為(wei)50～70ml/min。

13、作為更(geng)優選，步驟(zou)(2)中，所述磁控(kong)濺(jian)射(she)工藝包括：磁控(kong)濺(jian)射(she)功率為60w，磁控(kong)濺(jian)射(she)時間為90min，基(ji)底(di)溫(wen)度為150℃，氬氣流量為60ml/min。

14、本發明還提供一種基于鐵(tie)基非(fei)(fei)晶合(he)金(jin)/高熵(shang)合(he)金(jin)復合(he)薄膜電極的摩擦納(na)米(mi)發電機，通過所述基于鐵(tie)基非(fei)(fei)晶合(he)金(jin)/高熵(shang)合(he)金(jin)復合(he)薄膜電極的摩擦納(na)米(mi)發電機的制備方法制得。

15、與現(xian)有技術(shu)相比，本發明的(de)有益效果(guo)在于：

16、本(ben)發(fa)(fa)明的摩(mo)(mo)擦(ca)納(na)米(mi)發(fa)(fa)電(dian)(dian)機中，通過對鐵(tie)基(ji)非晶(jing)合金(jin)(jin)磁(ci)控濺(jian)射(she)(she)al20cr20fe20mo20ti20高熵合金(jin)(jin)形(xing)成鐵(tie)基(ji)非晶(jing)合金(jin)(jin)/高熵合金(jin)(jin)復合薄膜，其具有耐腐蝕性、抗(kang)氧化性、耐磨性、熱穩(wen)定性和抗(kang)蠕變性好的特點，利用磁(ci)控濺(jian)射(she)(she)技術(shu)成功改(gai)變鐵(tie)基(ji)非晶(jing)合金(jin)(jin)的粗(cu)糙度，作為摩(mo)(mo)擦(ca)納(na)米(mi)發(fa)(fa)電(dian)(dian)機的正電(dian)(dian)極可以(yi)提高摩(mo)(mo)擦(ca)納(na)米(mi)發(fa)(fa)電(dian)(dian)機的輸(shu)出性能(neng)，在很大程(cheng)度上擴展摩(mo)(mo)擦(ca)納(na)米(mi)發(fa)(fa)電(dian)(dian)機的應用范圍(wei)，進(jin)一步拓(tuo)寬摩(mo)(mo)擦(ca)材料的選擇。

技術特征：

1.一(yi)種鐵基非晶合(he)金/高熵合(he)金復合(he)薄膜，其特征在于(yu)，所述復合(he)薄膜通過(guo)鐵基非晶合(he)金材料磁(ci)控濺射靶材而成(cheng)；

2.基于鐵基非晶合金(jin)/高熵合金(jin)復合薄膜(mo)電極的摩(mo)擦納米(mi)發(fa)電機的制備(bei)方法，其特征在(zai)于，包(bao)括以下(xia)步(bu)驟：

3.根據權利要求(qiu)2所(suo)述(shu)基于(yu)鐵基非晶合(he)(he)金/高熵合(he)(he)金復合(he)(he)薄膜電極的(de)摩擦納米(mi)發電機的(de)制備方法，其特征在于(yu)，步(bu)驟(1)中，所(suo)述(shu)鐵基非晶合(he)(he)金帶材的(de)厚度為20μm。

4.根據權利要求2所(suo)述基于鐵基非晶(jing)合金(jin)/高熵合金(jin)復合薄(bo)膜電(dian)極的摩(mo)擦納米發電(dian)機的制備方法，其特(te)征在于，步(bu)驟(2)中(zhong)，所(suo)述磁控(kong)濺射沉積系統(tong)為jgp560梨形單室磁控(kong)濺射沉積系統(tong)。

5.根據權利要求2所述基(ji)(ji)于(yu)鐵基(ji)(ji)非晶合金/高熵合金復合薄膜(mo)電極的摩(mo)擦納米發電機的制備方法，其特(te)征在于(yu)，步驟(2)中，所述磁(ci)控(kong)濺(jian)射工藝包(bao)括：磁(ci)控(kong)濺(jian)射功率為40～80w，磁(ci)控(kong)濺(jian)射時(shi)間為60～120min，基(ji)(ji)底溫度為140～160℃，氬氣流量(liang)為50～70ml/min。

6.根據權利要求(qiu)5所述基于(yu)鐵基非(fei)晶合金/高熵合金復(fu)合薄膜(mo)電極的(de)摩擦納米發電機的(de)制(zhi)備(bei)方法，其特征在(zai)于(yu)，步(bu)驟(2)中，所述磁控(kong)濺(jian)射工藝包括：磁控(kong)濺(jian)射功(gong)率為(wei)60w，磁控(kong)濺(jian)射時間為(wei)90min，基底溫度(du)為(wei)150℃，氬氣(qi)流量為(wei)60ml/min。

7.一種(zhong)基(ji)于鐵基(ji)非晶合(he)(he)金(jin)/高熵合(he)(he)金(jin)復合(he)(he)薄膜電極(ji)的摩擦納米發(fa)(fa)電機(ji)，其特征在于，通過權利要(yao)求2至6任一項所述基(ji)于鐵基(ji)非晶合(he)(he)金(jin)/高熵合(he)(he)金(jin)復合(he)(he)薄膜電極(ji)的摩擦納米發(fa)(fa)電機(ji)的制備(bei)方(fang)法制得。

技術總結
本發明公開了基于鐵基非晶合金/高熵合金復合薄膜電極的摩擦納米發電機及其制備方法，包括：鐵基非晶合金帶材的厚度為10～30μm，組成按質量百分比計為Si?0～6％，B?1％～5％，V＜1，Cr?0～5％，余量為Fe，裁剪后超聲波清洗，干燥，固定到磁控濺射沉積系統進行磁控濺射Al<subgt;20</subgt;Cr<subgt;20</subgt;Fe<subgt;20</subgt;Mo<subgt;20</subgt;Ti<subgt;20</subgt;合金鍍膜，在鐵基非晶合金基底上形成非晶狀態的高熵合金薄膜，所得復合薄膜剪切為小尺寸薄膜并附著在亞克力板上固定，作為摩擦正電極，聚四氟乙烯薄膜剪切為小尺寸薄膜附著在導電鋁箔上固定，作為摩擦負電極，摩擦正負電極組成摩擦納米發電機。本發明的摩擦納米發電機器件耐腐蝕性好，可以保證摩擦納米發電機的高穩定輸出性能。

技術研發人員：李海超,程澤凡,單光悅,郭隱犇,袁建輝
受保護的技術使用者：上海工程技術大學
技術研發日：
技術公布日：2024/9/19