CN114171673B 基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有全天候服役能力的压电纳米发电机的制备方法 （北京科技大学）

基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有本发明提供了一种基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有全天候服役能力的压电纳米发明提供的基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有全天候服役能力的压电纳米发电机的制并且，制得的压电纳米发电机在_80℃~80℃的温度和0_100％的相对湿度条件下工作300_50021.一种基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有全天候服役能力的压电纳米发电机在空气或氧气气氛中，将形成碳化硅纳米结构阵列薄膜的碳化硅在1300_1800℃的温将分散有导电填料的聚合物涂覆在表面形成SiO2氧化层的碳化硅的碳化硅纳米结构阵在碳化硅纳米结构阵列薄膜上旋涂一层不含导电填料的聚合物，烘干后形成厚度为构筑具有全天候服役能力的压电纳米发电机：在碳化2.根据权利要求1所述的基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有全天候服役能力的3.根据权利要求1所述的基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有全天候服役能力的4.根据权利要求3所述的基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有全天候服役能力的5.根据权利要求4所述的基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有全天候服役能力的6.根据权利要求1所述的基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有全天候服役能力的7.根据权利要求6所述的基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有全天候服役能力的8.根据权利要求7所述的基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有全天候服役能力的39.根据权利要求1所述的基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有全天候服役能力的10.根据权利要求1_9任一项所述的基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有全天候的温度和0_100％的相对湿度条件下可稳定输出304[0001]本发明涉及无机非金属科学与能源材料技术领域，特别涉及一种基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有全天候服役能的地区温度能低到_70℃,而气温高的地区温度可高达60℃,在相对湿度方面，沙漠地区相[0004]针对现有材料组装压电纳米发电机存在的上述问题，本发明提供一种基于N掺杂[0005]碳化硅是目前最重要的第三代半导体材料之一，具有优异的的化学和热稳定性、[0008]制备自支撑的碳化硅纳米结构阵列薄膜：对N掺杂的碳化硅的碳面或硅面电化学5[0011]将分散有导电填料的聚合物涂覆在表面形成SiO2氧化层的碳化硅的碳化硅纳米[0012]利用等离子清洗碳化硅纳米结构阵列薄膜上的聚合物，至纳米结构阵列裸露10_[0023]进一步地，所述压电纳米发电机在_80℃~80℃的温度和0_100％的相对湿度条件[0024]本发明提供的基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有全天候服役能力的压电面形成均匀致密的二氧化硅薄膜，不仅能保证电化学刻蚀后在N掺杂的碳化硅上形成的碳[0025]本发明提供的基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有全天候服役能力的压电6现出显著的电信号输出。而且，制得的压电纳米发电机在_80℃~80℃的温度和0_100％的相对湿度条件下工作300_500天仍然能够保持稳定输出，表现出了极宽的温度和相对湿度[0026]图1为本发明实施例提供的基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有全天候服役[0027]图2为本发明实施例提供的基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有全天候服役能力的压电纳米发电机的制备方法中N掺杂的碳化硅形成碳化硅纳米结构阵列薄膜的示意[0028]图3为本发明实施例提供的基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有全天候服役能力的压电纳米发电机的制备方法中形成碳化硅纳米结构阵列薄膜的N掺杂碳化硅表面形[0029]图4为本发明实施例提供的基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有全天候服役能力的压电纳米发电机的制备方法中表面形成SiO2氧化层的碳化硅纳米结构阵列薄膜上[0030]图5为本发明实施例提供的基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有全天候服役能力的压电纳米发电机的制备方法中表面形成SiO2氧化层的碳化硅纳米结构阵列薄膜上[0031]图6为本发明实施例提供的基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有全天候服役能力的压电纳米发电机的制备方法制得的压电纳米发电机在手指按压时的输出电流密度[0032]图7为本发明实施例提供的基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有全天候服役能力的压电纳米发电机的制备方法制得的压电纳米发电机在脚踏[0033]图8为本发明实施例提供的基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有全天候服役能力的压电纳米发电机的制备方法制得的压电纳米发电机在悬臂梁摆动时的输出电流密[0034]图9为本发明实施例提供的基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有全天候服役能力的压电纳米发电机的制备方法制得的压电纳米发电机在吹风机震动时的输出电流密[0035]图10为本发明实施例提供的基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有全天候服役能力的压电纳米发电机的制备方法制得的压电纳米发电机在温度为_80℃时的输出电流[0036]图11为本发明实施例提供的基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有全天候服役能力的压电纳米发电机的制备方法制得的压电纳米发电机在温度为80℃时的输出电流[0037]图12为本发明实施例提供的基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有全天候服役能力的压电纳米发电机的制备方法制得的压电纳米发电机在相对湿度为0％时的输出电7[0038]图13为本发明实施例提供的基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有全天候服役能力的压电纳米发电机的制备方法制得的压电纳米发电机在相对湿度为100％时的输出[0039]参见图1，本发明实施例提供的一种基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的具有全[0040]步骤1)N掺杂的碳化硅的制备：以N2O5为氮源，在温度1000_1500℃、气压100_[0041]步骤2)自支撑的碳化硅纳米结构阵列薄膜的制备：对N掺杂的碳化硅的碳面或硅[0043]首先，在空气或氧气气氛中，将形成碳化硅纳米结构阵列薄膜的碳化硅在1300_例中所述的碳化硅纳米阵列薄膜无帽层的一面)上涂覆一层均匀分散有导电填料的聚合合物填满碳化硅纳米结构阵列之间的缝隙。然后将碳化硅在60_100℃温度下保温30_100_500μm的含导电填料聚合物涂覆层，这样碳化硅纳米结构阵列薄膜上渗入含导电填料8形貌的碳化硅纳米结构阵列薄膜则可以选用形貌为纳米棒或纳米管状的导后形成厚度为20_80μm的不含导电填料的聚合物层。碳化硅纳米结构阵列薄膜上旋涂一层一层厚度为10_100nm的金属作为上下电极，引出导线后将整个器件用聚合物封装在基板著的电信号输出。将压电纳米发电机置于_80_80℃的温度和0_100％的相对湿度条件下工[0049]下面通过具体实施例对本发明提供的一种基于N掺杂的SiC纳米结构阵列构建的电化学刻蚀法对N掺杂的碳化硅单晶片的碳面进行刻蚀。刻蚀采用脉冲电压(5V)和脉冲电96可以说明本发明实施例制得的压电纳米发电机对自然界中物体运动产生的低频机械能具境中工作时的输出电流密度如图10所示，本发明实施例制得的压电纳米发电机在相对湿度为0％的环境中工作时的输出电流密度如图12所示。图10和图12可以说明本发明实施例制得的压电纳米发电机在温度为一80℃和相对湿度为0％的极端环境中仍旧能够保持较高为纳米带的纳米级MXene作为导电填料均匀分散在有机聚合物PMMA中，将含有导电填料的的电信号输出，本发明实施例制得的压电纳米发电机在脚踏踩压时的输出电流密度如图7所示，图7可以说明本发明实施例制得的压电纳米发电机对自然界中物体运动产生的低频机械能具有较强的收集和转换能力。将压电纳米发电机置于80℃的温度条件和0％的相对对湿度为0％的环境中工作时的输出电流密度如图12所示。从图11和图12可以说明本发明实施例制得的压电纳米发电机在温度为80℃和相对湿度为0％的极端环境中仍旧能够保持两个面分别磁控溅射一层厚度为100nm的金银铜合金作为上下电极，引出两电极后将整个[0067](5)压电纳米发电机的服役：用悬臂梁摆动的方式沿压电纳米发电机厚度方向进机在温度为80℃的环境中工作时的输出电流密度如图10所示，本发明实施例制得的压电纳米发电机在相对湿度为100％的环境中工作时的输出电流密度如图13所示。从图10和图[0073](5)压电纳米发电机的服役：用吹风机震动的方式沿压电纳米发电机厚度方向进生的低频机械能具有较强的收集和转换能力。将压电纳米发电机置于80℃的温度条件和米发电机在相对湿度为100％的环境中工作时的输出电流密度如图13所示。从图11和图13可以说明本发明实施