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打印技术能够实现复杂精密图案的直接书写,被广泛应用于材料的图案化沉积。通过调控墨水组成和界面性质,能够实现特殊结构和功能的有效制备。新型的纳米发电器件可应用于自供能系统,近年来被广泛研究。为了增大纳米发电器件的电学输出信号,可以利用打印技术制备不同的器件结构和功能。本论文从发展高性能纳米发电器件出发,通过制备不同功能材料的打印墨水,重点研究了打印中液滴的滑动、变形和纳米材料的组装、取向,成功制备了具有高输出电压的纳米发电器件和高灵敏度的感应器件。 (1)利用高效简便无模板的打印技术制备了基于无铅压电材料(Na,K)NbO3纳米棒的高性能压电纳米发电器件。打印过程中获得的压电层图案化结构和纳米棒剪切取向排列,有效地提高了器件的性质。这是因为上述结构保证了应力集中于纳米棒的长度方向,提高了应力的使用效率,实现更大的纳米棒形变,从而显著提高了输出电压。研究发现,利用该方法制备的器件输出电压较传统旋涂法提高了4倍,与通过有限元法计算的结果匹配。基于这种层层打印的手段,制备了多层器件,获得了输出电压约为72.2 V的压电纳米发电器件,可将该器件应用在感应机械震动及驱动电学元件上。该方法为制备高性能柔性纳米发电器件提供了新思路,对自供能传感器、可移动电子器件等设备的开发具有重要意义。 (2)采用打印技术制备了具有三维微结构的高性能压电/摩擦电复合纳米发电器件。以磁流体/聚甲基硅氧烷为墨水,通过磁场诱导,获得了具有高长径比的三维锥形图案,该结构有效地改变了接触面积和摩擦作用力,提高了与上电极铝片的摩擦生电能力。以基于(Na,K,Li)(Nb,Sb,Ta)O3纳米颗粒的压电材料为基底,将压电结构与摩擦电结构复合,这种复合结构同时结合了压电器件的性能稳定和摩擦电器件的高电能转换优势,可以扩展器件的应用场景。实验通过调控磁场大小制备了不同高度锥形结构的器件,并研究了锥形图案对于器件性能的影响。利用该方法有效地提高了器件的性能,在能量收集、感应器等领域有良好的发展前景。 (3)受趋磁细菌中磁小体结构的启发,通过打印手段制备了单颗粒精度的一维阵列用于感应磁场。通过施加磁场,局限在分离微小液滴中的超顺磁纳米颗粒在偶极吸引力作用下实现单颗粒穿成线的“头对头”组装。同时,采用低后退角的基材使得三相线的滑动不足以推动颗粒在干燥过程中向内部运动,保持了一维组装形貌。通过该方法制备的一维组装体平行于磁场时的磁场强度是垂直时的6.03倍。该工作为制备具有高长径比的各项异性组装体提供了思路,对发展角度依赖的磁场检测系统具有重要意义。