一種基于激光加熱固膜的駐極體薄膜制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于發電元器件制造相關領域，更具體地，涉及一種基于激光加熱固膜的駐極體薄膜制備方法，所制得的駐極體產品成膜性能好、不易開裂脫落，而且不會對柔性導電基底造成損傷。
【背景技術】
[0002]駐極體是指可長期儲存空間電荷和偶極電荷的電介質材料，其能被用于制造靜電電容發電機，在能源收集領域擁有廣泛的應用。經典的現代駐極體通常為聚合物薄膜的形式，如聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙丙烯共聚物(FEP)和聚偏二氟乙烯(PVDF)等。
[0003]為了用于制備靜電電容發電機，駐極體薄膜必須在單個表面加工一層電極；對于此類駐極體元器件，現有技術中通常是通過磁控濺射或者真空熱蒸發等鍍膜技術在已經成型的駐極體薄膜上進行電極加工。然而，進一步的研宄發現，這類現有加工技術不僅難于操控、成本高昂，而且在加工過程中產生的環境高溫往往還可能對基底材料尤其是導電層造成損傷，并直接影響到駐極體薄膜在靜電電容發電機上的性能和使用。
【發明內容】
[0004]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于激光加熱固膜的駐極體薄膜制備方法，其中通過聯合旋涂、噴涂或者刮涂成膜和激光加熱固膜技術來執行駐極體薄膜的制備過程，并對其關鍵工藝參數進行研宄和設計，相應能夠在柔性導電基底上加工出成膜性能優秀、不易開裂脫離的駐極體薄膜產品，而且不會對導電基材層造成損傷，同時具備便于操控、成本低廉和適于大批量規模生產等特點。
[0005]為實現上述目的，按照本發明，提供了一種基于激光加熱固膜的駐極體薄膜制備方法，該駐極體薄膜用于靜電電容發電機，并包括由柔性基底和導電層層疊而成的導電基材層，以及加工在該導電層表面上的駐極體材料層，其特征在于，該方法包括下列步驟:
[0006](a)將導電基材層固定于旋涂、噴涂或者刮涂設備上，并將駐極體納米顆粒與水按照30?70:100的體積比配置成懸浮液，其中駐極體納米顆粒的材料選自以下物質中的一種或者組合:聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚三氟氯乙烯、乙烯四氟乙烯共聚物和偏氟乙烯三氟乙烯共聚物；
[0007](b)通過調整旋涂速度、噴涂速度或者刮涂厚度使得駐極體懸浮液均勻覆蓋在整個導電層表面上，然后在40°C?60°C的溫度下對駐極體懸浮液的溶劑執行蒸發處理，由此在導電層表面上形成具備一定厚度的駐極體材料層，并且該駐極體材料層由駐極體納米顆粒團聚而成；
[0008](c)采用激光加熱設備將激光照射到步驟(b)所形成的駐極體材料層表面上，其中激光波長被設定為380納米?4.2微米，激光功率密度被設定為2瓦/平方厘米?120瓦/平方厘米，掃描速度為2毫米/秒?600毫米/秒；以此方式，利用激光照射產生的熱量使得駐極體納米顆粒融化并相互連接，由此形成整塊成膜、不易開裂脫落的駐極體薄膜且不會對導電基材層產生損傷。
[0009]作為進一步優選地，所述柔性基底的材質選自以下物質中的一種或者組合:紙、聚乙烯、聚丙烯、聚乙丙烯共聚物、聚酰亞胺、聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二醇酯；所述導電層由金、銀、銅、鋁、碳、導電金屬氧化物或者導電高分子化合物中的一種或者組合組成。
[0010]作為進一步優選地，在步驟(b)中，所述旋涂速度被設定為500轉/分鐘至10000轉/分鐘之間，所述駐極體材料層的厚度為10微米至200微米之間。
[0011]作為進一步優選地，在步驟(b)中，當采用噴涂操作時，所述的噴涂速度優選在10-100克/分鐘，所述駐極體材料層的厚度為10微米至200微米之間。
[0012]作為進一步優選地，在步驟(b)中，當采用刮涂操作時，調整刮涂厚度使得駐極體材料層的厚度為10微米至200微米之間。
[0013]作為進一步優選地，在步驟(C)中，所述激光波長被設定為600納米?1800納米，激光功率密度被設定為20瓦/平方厘米?50瓦/平方厘米，掃描速度為30毫米/秒?200毫米/秒。
[0014]作為進一步優選地，所述靜電電容發電機優選為柔性靜電電容發電機。
[0015]總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，主要具備以下的技術優點:
[0016]1、通過聯合旋涂、噴涂或者刮涂成膜和激光加熱固膜技術來執行駐極體薄膜的制備過程，與現有技術相比可以避免操控繁瑣、成本高昂的磁控濺射或者真空熱蒸發技術，而且激光加熱固膜能夠精確地控制加熱的溫度和位置，并使得駐極體納米顆粒團能夠很好地融化粘合在一起，而且不會對柔性導電基材層產生損傷；
[0017]2、通過對上述工藝流程中的關鍵工藝參數如懸浮液的類型及配料比、蒸發溫度和激光加工性能參數的研宄和設計，測試表明可形成整塊成膜性能優良的駐極體薄膜，其中駐極體材料層不易開裂脫落，能夠很好地適用于靜電電容發電機的用途；
[0018]3、按照本發明的制備方法具備便于操控、低成本和低能耗等優點，并與現有技術相比能夠顯著提高駐極體薄膜的整體性能，使得成膜質量獲得有效控制，便于大批量規模制造，因而尤其適用于靜電電容發電機之類將機械能轉換成電能的設備之應用。
【附圖說明】
[0019]圖1是按照本發明的基于激光加熱固膜的駐極體薄膜制備方法的工藝流程圖；
[0020]圖2是以旋涂為例來說明按照本發明的駐極體薄膜制備方法的工藝環境圖；
[0021]圖3是用于示范性顯示采用激光加熱固膜技術的工藝流程圖。
[0022]在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中:
[0023]1-柔性導電基底2-待進一步加工的駐極體薄膜3-激光加熱設備4-加工完成駐極體薄膜
【具體實施方式】
[0024]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0025]圖1是按照本發明的基于激光加熱固膜的駐極體薄膜制備方法的工藝流程圖。如圖1中所示，該駐極體薄膜用于靜電電容發電機的使用，并包括由柔性基底和導電層譬如層疊而成的導電基材層，以及加工在該導電層表面上的駐極體材料層，本發明的方法主要包括以下的操作步驟:
[0026]首先，將上述導電基材層固定于旋涂、噴涂或者刮涂設備上，并將駐極體納米顆粒與水按照30?70:100的體積比配置成懸浮液，其中駐極體納米顆粒的材料選自以下物質中的一種或者組合:聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚三氟氯乙烯、乙烯四氟乙烯共聚物和偏氟乙烯三氟乙烯共聚物；
[0027]接著，通過調整旋涂速度、噴涂速度或者刮涂厚度參數使得駐極體懸浮液均勻覆蓋在整個導電層表面上，然后在40°C?60°C的溫度下對駐極體懸浮液的溶劑執行蒸發處理，由此在導電層表面上形成具備一定厚度的駐極體材料層，并且該駐極體材料層由駐極體納米顆粒團聚而成；
[0028]接著，采用激光加熱設備將激光照射