[发明专利]基于柔性电纺丝网状膜的自充电系统和可穿戴电子设备

权利要求书

1.一种基于柔性电纺丝网状膜的柔性摩擦纳米发电机，其中，包括：

第一碳纤维网状膜层，其由碳纤维网状膜形成；

第一聚合物纤维网状膜层，其由聚合物纤维网状膜形成，所述第一聚合物纤维网状膜层的上表面与所述第一碳纤维网状膜层的下表面相对设置或者所述第一聚合物纤维网状膜层的下表面与所述第一碳纤维网状膜层的上表面相对设置；和

形成在所述第一聚合物纤维网状膜层的上表面或者下表面的导电层；

其中，所述第一碳纤维网状膜层和所述第一聚合物纤维网状膜层构造成在所述摩擦纳米发电机受到外力作用时会发生相对位移，并通过所述第一碳纤维网状膜层和所述导电层向外电路输出电信号；

所述第一碳纤维网状膜和所述聚合物纤维网状膜通过下述制备方法制得：

将预定量的非导电聚合物分散到溶剂中，以获得质量浓度为8-15％的聚合物溶液；

将所述聚合物溶液加入到带有喷射口的容器中，利用注射泵控制注射速度为0.6-1.2mL/h，并在喷射口和接地接收端之间加12-18kV的电压，以使得所述聚合物溶液在电压静电作用下从所述喷射口喷出而得到拉伸，并伴随着所述溶剂的挥发而固化，以在所述接地接收端形成纤维网状膜；

将所述纤维网状膜在空气气氛中进行预氧化处理，以获得聚合物纤维网状膜；和

将所述聚合物纤维网状膜在惰性气氛中进行高温碳化处理，以获得碳纤维网状膜。

2.根据权利要求1所述的柔性摩擦纳米发电机，其中，所述第一碳纤维网状膜层造成第一拱形状，所述第一聚合物纤维网状膜层构造成与所述第一碳纤维网状膜层的第一拱形状相对应的第二拱形状；

其中，在所述摩擦纳米发电机受到外力作用时，所述第一碳纤维网状膜层和所述第一聚合物纤维网状膜层会从弯曲状态变为伸张状态，以使得所述第一碳纤维网状膜层和所述第一聚合物纤维网状膜层之间发生相对位移，以输出电信号；

在所述摩擦纳米发电机受到的所述外力释放时，所述第一碳纤维网状膜层和所述第一聚合物纤维网状膜层会从伸张状态变为弯曲状态，以使得所述第一碳纤维网状膜层和所述第一聚合物纤维网状膜层之间发生相对位移，以输出相反的电信号。

3.根据权利要求1所述的柔性摩擦纳米发电机，其中，所述喷射口和所述接地接收端之间的距离为10-20cm；

其中，所述纤维网状膜在空气气氛中进行预氧化处理的处理温度为200-280℃；

其中，所述聚合物纤维网状膜在惰性气氛中进行高温碳化处理的处理温度为600-900℃。

4.根据权利要求3所述的柔性摩擦纳米发电机，其中，所述非导电聚合物选自聚丙烯腈、聚乙烯吡络烷酮、聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚异丁烯、聚双苯酚碳酸酯和聚氯乙烯中的一种或多种的组合。

5.一种基于柔性电纺丝网状膜的自充电系统，其中，包括：

如权利要求1-4任一项所述的柔性摩擦纳米发电机；

柔性固态超级电容器，所述柔性固态超级电容器包括：第二聚合物纤维网状膜层，其由形成所述柔性摩擦纳米发电机的第一聚合物纤维网状膜层的所述聚合物纤维网状膜形成；和形成在所述第二聚合物纤维网状膜层两侧的两层第二碳纤维网状膜层，每一碳纤维网状膜层由形成所述柔性摩擦纳米发电机的第一碳纤维网状膜层的所述碳纤维网状膜形成；和

整流桥，用于将所述柔性摩擦纳米发电机输出的交流电信号转化为直流电信号，并将所述直流电信号输出给所述柔性固态超级电容器；

其中，所述柔性摩擦纳米发电机和所述柔性固态超级电容器的数量分别至少为一个。

6.根据权利要求5所述的自充电系统，其中，多个所述柔性摩擦纳米发电机并联，多个所述柔性固态超级电容器串联；

其中，根据并联后所述多个柔性摩擦纳米发电机输出的电信号来确定串联的柔性固态超级电容器的数量，以使得所述柔性固态超级电容器输入的电信号与所述柔性摩擦纳米发电机输出的电信号相匹配。

7.根据权利要求5所述的自充电系统，其中，所述第二聚合物纤维网状膜层和所述两层第二碳纤维网状膜层之间相互平行设置。

8.一种基于柔性电纺丝网状膜的可穿戴电子设备，其中，所述可穿戴电子设备从权利要求5所述的自充电系统获得电量。