[发明专利]一种可变形柔性纳米发电机、制备方法及制成的传感器

说明书

本发明涉及一种可变形柔性纳米发电机、制备方法及制成的传感器。本发明提供的可变形柔性纳米发电机，包括柔性封装结构和嵌入在柔性封装结构中的电极，其中，所述电极为由纳米导电材料聚集形成的图案电极；所述柔性封装结构采用可拉伸的弹性封装材料。本发明的柔性纳米发电机可以在双轴方向拉伸变形，其可以附着于规则或不规则的物体表面工作。本发明的技术方案使得该柔性纳米发电机可以拉抻、折叠、扭转等变形并承受极大机械形变和损坏而继续工作。

技术领域

本发明主要涉及一种发电机领域，具体涉及一种可变形的柔性纳米发电机、制备方法及制成的传感器。

背景技术

自2012年至今，基于静电感应摩擦效应的纳米发电机系统被广泛地研究和发展，已逐步发展出了一些高效稳定成熟的器件和技术，为新型能量来源提供了一种新的思维和导向。但是由于该种发电机需要与其他材料接触或摩擦来工作，而目前摩擦纳米发电机的器件主要为刚性结构，不可随意弯曲、拉伸或变形。这一特点不可避免地对纳米发电机的应用造成了较大的局限，使其无法广泛实施于不规则的物体之上或可穿戴领域等。

具有特殊变形能力，如有弹性、易折叠、可拉抻的电子元器件一直以来都受到学术界和工业界研究人员的极大关注，并被认为是未来的下一代电子器件。这种可变形的电子器件在应用的时候有很大的自由度，因此可以在智能设备和传感器领域有更广的应用。如可拉抻电子器件可以比较均匀地覆盖在不规则的、软的、不固定物体甚至器官上，在可穿戴电子、生物可移植系统、个人安全、机器人人机对接和电子皮肤等领域有着广泛的应用前途。虽然之前有很多有变形能力的电子器件被广泛地制备和研究，但可靠的输出电源依然是目前最关键和重要的问题之一。

最近摩擦纳米发电机(TENG)已经成功展示了可以将无处不在的机械能转化成电能的功效。曾经报道过用蜿蜒电极阵列和波浪结构聚酰亚胺薄膜制作的可作一定程度弯曲及拉抻的TENG。然而该种TENG由刚性材料制备而成，限制了其拉抻特性，并且不能多次折叠或进行复杂的形变，这将严重影响新型可穿戴领域能源材料的发展和研究。除此之外，在实际应用中，该种纳米发电机与柔性可变形器件连接在一块，由于杨氏模量不匹配，刚性材料和柔性材料的连接处存在着粘合不稳定的问题。

发明内容

针对现有技术所存在的上述问题，本发明旨在提供可变形的柔性纳米发电机、制备方法及制成的传感器，使得该柔性纳米发电机可以拉抻、弯折、扭转并承受极大机械形变和损坏或附着在规则或不规则的物体上，并将与其他材料接触摩擦和感应所产生的能量转换为电能输出。

本发明提供一种可变形柔性纳米发电机，包括柔性封装结构和嵌入在柔性封装结构中的电极，其中，

所述电极为由纳米导电材料聚集形成的图案电极；

所述柔性封装结构采用可拉伸的弹性封装材料。

优选的，所述电极连接至地、等电位或外部的导电体，物体与所述柔性封装结构接触分离过程中，在所述电极与地或等电位之间有电荷流动。

优选的，所述外部的导电体为人体或者铜电极。

优选的，其特征在于，包括多个所述电极。

优选的，多个所述电极分别连接至地、等电位或外部的导电体。

优选的，多个所述电极阵列式分布。

优选的，所述纳米导电材料包括纳米碳管、碳渣、金属线纳米或金属颗粒或金属碎片。

优选的，所述纳米导电材料为银纳米线，所述银纳米线的直径为100nm-10μm，长度为20-50μm。

优选的，所述柔性封装结构的材料包括硅橡胶、硅胶、橡胶、聚二甲基硅氧烷、环氧树酯或Eco-flex。

优选的，所述柔性纳米发电机的厚度为500nm-1cm。