CN114171673B 基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有全天候服役能力的壓電納米發電機的制備方法 （北京科技大學）

基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有本發明提供了一種基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有全天候服役能力的壓電納米發明提供的基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有全天候服役能力的壓電納米發電機的制并且，制得的壓電納米發電機在_80℃~80℃的溫度和0_100％的相對濕度條件下工作300_50021.一種基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有全天候服役能力的壓電納米發電機在空氣或氧氣氣氛中，將形成碳化硅納米結構陣列薄膜的碳化硅在1300_1800℃的溫將分散有導電填料的聚合物涂覆在表面形成SiO2氧化層的碳化硅的碳化硅納米結構陣在碳化硅納米結構陣列薄膜上旋涂一層不含導電填料的聚合物，烘干后形成厚度為構筑具有全天候服役能力的壓電納米發電機：在碳化2.根據權利要求1所述的基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有全天候服役能力的3.根據權利要求1所述的基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有全天候服役能力的4.根據權利要求3所述的基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有全天候服役能力的5.根據權利要求4所述的基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有全天候服役能力的6.根據權利要求1所述的基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有全天候服役能力的7.根據權利要求6所述的基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有全天候服役能力的8.根據權利要求7所述的基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有全天候服役能力的39.根據權利要求1所述的基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有全天候服役能力的10.根據權利要求1_9任一項所述的基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有全天候的溫度和0_100％的相對濕度條件下可穩定輸出304[0001]本發明涉及無機非金屬科學與能源材料技術領域，特別涉及一種基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有全天候服役能的地區溫度能低到_70℃,而氣溫高的地區溫度可高達60℃,在相對濕度方面，沙漠地區相[0004]針對現有材料組裝壓電納米發電機存在的上述問題，本發明提供一種基于N摻雜[0005]碳化硅是目前最重要的第三代半導體材料之一，具有優異的的化學和熱穩定性、[0008]制備自支撐的碳化硅納米結構陣列薄膜：對N摻雜的碳化硅的碳面或硅面電化學5[0011]將分散有導電填料的聚合物涂覆在表面形成SiO2氧化層的碳化硅的碳化硅納米[0012]利用等離子清洗碳化硅納米結構陣列薄膜上的聚合物，至納米結構陣列裸露10_[0023]進一步地，所述壓電納米發電機在_80℃~80℃的溫度和0_100％的相對濕度條件[0024]本發明提供的基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有全天候服役能力的壓電面形成均勻致密的二氧化硅薄膜，不僅能保證電化學刻蝕后在N摻雜的碳化硅上形成的碳[0025]本發明提供的基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有全天候服役能力的壓電6現出顯著的電信號輸出。而且，制得的壓電納米發電機在_80℃~80℃的溫度和0_100％的相對濕度條件下工作300_500天仍然能夠保持穩定輸出，表現出了極寬的溫度和相對濕度[0026]圖1為本發明實施例提供的基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有全天候服役[0027]圖2為本發明實施例提供的基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有全天候服役能力的壓電納米發電機的制備方法中N摻雜的碳化硅形成碳化硅納米結構陣列薄膜的示意[0028]圖3為本發明實施例提供的基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有全天候服役能力的壓電納米發電機的制備方法中形成碳化硅納米結構陣列薄膜的N摻雜碳化硅表面形[0029]圖4為本發明實施例提供的基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有全天候服役能力的壓電納米發電機的制備方法中表面形成SiO2氧化層的碳化硅納米結構陣列薄膜上[0030]圖5為本發明實施例提供的基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有全天候服役能力的壓電納米發電機的制備方法中表面形成SiO2氧化層的碳化硅納米結構陣列薄膜上[0031]圖6為本發明實施例提供的基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有全天候服役能力的壓電納米發電機的制備方法制得的壓電納米發電機在手指按壓時的輸出電流密度[0032]圖7為本發明實施例提供的基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有全天候服役能力的壓電納米發電機的制備方法制得的壓電納米發電機在腳踏[0033]圖8為本發明實施例提供的基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有全天候服役能力的壓電納米發電機的制備方法制得的壓電納米發電機在懸臂梁擺動時的輸出電流密[0034]圖9為本發明實施例提供的基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有全天候服役能力的壓電納米發電機的制備方法制得的壓電納米發電機在吹風機震動時的輸出電流密[0035]圖10為本發明實施例提供的基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有全天候服役能力的壓電納米發電機的制備方法制得的壓電納米發電機在溫度為_80℃時的輸出電流[0036]圖11為本發明實施例提供的基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有全天候服役能力的壓電納米發電機的制備方法制得的壓電納米發電機在溫度為80℃時的輸出電流[0037]圖12為本發明實施例提供的基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有全天候服役能力的壓電納米發電機的制備方法制得的壓電納米發電機在相對濕度為0％時的輸出電7[0038]圖13為本發明實施例提供的基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有全天候服役能力的壓電納米發電機的制備方法制得的壓電納米發電機在相對濕度為100％時的輸出[0039]參見圖1，本發明實施例提供的一種基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的具有全[0040]步驟1)N摻雜的碳化硅的制備：以N2O5為氮源，在溫度1000_1500℃、氣壓100_[0041]步驟2)自支撐的碳化硅納米結構陣列薄膜的制備：對N摻雜的碳化硅的碳面或硅[0043]首先，在空氣或氧氣氣氛中，將形成碳化硅納米結構陣列薄膜的碳化硅在1300_例中所述的碳化硅納米陣列薄膜無帽層的一面)上涂覆一層均勻分散有導電填料的聚合合物填滿碳化硅納米結構陣列之間的縫隙。然后將碳化硅在60_100℃溫度下保溫30_100_500μm的含導電填料聚合物涂覆層，這樣碳化硅納米結構陣列薄膜上滲入含導電填料8形貌的碳化硅納米結構陣列薄膜則可以選用形貌為納米棒或納米管狀的導后形成厚度為20_80μm的不含導電填料的聚合物層。碳化硅納米結構陣列薄膜上旋涂一層一層厚度為10_100nm的金屬作為上下電極，引出導線后將整個器件用聚合物封裝在基板著的電信號輸出。將壓電納米發電機置于_80_80℃的溫度和0_100％的相對濕度條件下工[0049]下面通過具體實施例對本發明提供的一種基于N摻雜的SiC納米結構陣列構建的電化學刻蝕法對N摻雜的碳化硅單晶片的碳面進行刻蝕。刻蝕采用脈沖電壓(5V)和脈沖電96可以說明本發明實施例制得的壓電納米發電機對自然界中物體運動產生的低頻機械能具境中工作時的輸出電流密度如圖10所示，本發明實施例制得的壓電納米發電機在相對濕度為0％的環境中工作時的輸出電流密度如圖12所示。圖10和圖12可以說明本發明實施例制得的壓電納米發電機在溫度為一80℃和相對濕度為0％的極端環境中仍舊能夠保持較高為納米帶的納米級MXene作為導電填料均勻分散在有機聚合物PMMA中，將含有導電填料的的電信號輸出，本發明實施例制得的壓電納米發電機在腳踏踩壓時的輸出電流密度如圖7所示，圖7可以說明本發明實施例制得的壓電納米發電機對自然界中物體運動產生的低頻機械能具有較強的收集和轉換能力。將壓電納米發電機置于80℃的溫度條件和0％的相對對濕度為0％的環境中工作時的輸出電流密度如圖12所示。從圖11和圖12可以說明本發明實施例制得的壓電納米發電機在溫度為80℃和相對濕度為0％的極端環境中仍舊能夠保持兩個面分別磁控濺射一層厚度為100nm的金銀銅合金作為上下電極，引出兩電極后將整個[0067](5)壓電納米發電機的服役：用懸臂梁擺動的方式沿壓電納米發電機厚度方向進機在溫度為80℃的環境中工作時的輸出電流密度如圖10所示，本發明實施例制得的壓電納米發電機在相對濕度為100％的環境中工作時的輸出電流密度如圖13所示。從圖10和圖[0073](5)壓電納米發電機的服役：用吹風機震動的方式沿壓電納米發電機厚度方向進生的低頻機械能具有較強的收集和轉換能力。將壓電納米發電機置于80℃的溫度條件和米發電機在相對濕度為100％的環境中工作時的輸出電流密度如圖13所示。從圖11和圖13可以說明本發明實施