[发明专利]基于摩擦纳米发电机的发电布料、可穿戴装置、传感器

说明书

本发明公开了一种基于摩擦纳米发电机的发电布料、可穿戴装置、传感器。其中，该发电布料包括：第一摩擦线，第二摩擦线，以及弹性轴线，该第一摩擦线和第二摩擦线沿着弹性轴线编织起来；其中，该发电布料的第一摩擦线和第二摩擦线接触的部分具有不同的摩擦电极序；该弹性轴线进行弹性拉伸，第一摩擦线与第二摩擦线相互分离；弹性轴线实现弹性恢复，带动第一摩擦线与第二摩擦线相互接触。该发电布料具有高弹性和较好的柔韧性，能够自供电，将各种机械能转化为电能输出，提高用户体验，在一定程度上减少能量浪费，从而改善环境污染问题，穿戴舒适度高、透气性好、方便清洗，且制备工艺简单、选材广泛、成本低、可工业化大规模生产。

技术领域

本发明属于能量转化领域，涉及一种基于摩擦纳米发电机的发电布料、可穿戴装置、传感器。

背景技术

近年来，越来越多的可穿戴电子产品已经进入市场，它们正在悄悄的改变着人们的生活方式，同时也创造了相当可观的市场价值。然而，随着可穿戴电子产品的数量与种类不断增加，其缺点也越来越明显，制约可穿戴技术发展的关键问题之一在于其使用寿命和待机时间。目前可穿戴电子产品都是使用可充电电池供电，而由于这些电子产品的尺寸通常都很小，因而只能使用非常小的电池系统，而其强大的功能使得耗电量也会非常大，这就意味着目前的可穿戴设备在续航能力上有很大的不足，一旦电量耗尽就无法止常使用，需要进行反复地充放电，这不但会影响用户的使用体验，也极大地缩减了其使用寿命。

自从摩擦纳米发电机和自供能系统的概念被提出之后，将人体运动过程中的各种机械能转换成电能成为可能。目前，人们已陆续发明了各种各样的可穿戴式摩擦纳米发电机，但是这些发电机大都是选择铝、铜、金、银等金属材料或碳纤维、碳纳米管等导电材料作为电极，使用聚合物薄膜作为摩擦材料，这使得它们不能够进行清洗、不透气，并且不能很好地与衣物融为一体，缺乏实际应用价值。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种基于摩擦纳米发电机的发电布料、可穿戴装置、传感器，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种基于摩擦纳米发电机的发电布料，包括：第一摩擦线，第二摩擦线，以及弹性轴线，该第一摩擦线和第二摩擦线沿着弹性轴线编织起来；其中，该发电布料的第一摩擦线和第二摩擦线接触的部分具有不同的摩擦电极序；该弹性轴线进行弹性拉伸，第一摩擦线与第二摩擦线相互分离；弹性轴线实现弹性恢复，带动第一摩擦线与第二摩擦线相互接触。

在本公开的一些实施例中，第一摩擦线与第二摩擦线包括多行，互相交错编织；第一摩擦线为一根连续结构，第二摩擦线也为一根连续结构；或者第一摩擦线和第二摩擦线各自的每行为一根连续结构，各行之间通过电连接实现电路连续。

在本公开的一些实施例中，第一摩擦线和第二摩擦线的材料为摩擦电极序不同的包芯线或者其中一个的材料为导电纤维材料，另一个的材料为包芯线。

在本公开的一些实施例中，包芯线的结构包括：导电芯层和包裹于导电芯层之外的绝缘层；其中，导电芯层由导电纤维材料制备，导电纤维材料包括：银纤维、碳纤维、石墨烯纤维或碳纳米管纤维；绝缘层由绝缘材料制备，绝缘材料包括：纺织纤维材料或有机高分子材料；纺织纤维材料包括：棉、羊毛、尼龙、涤纶、锦纶或氨纶；有机高分子材料，包括：PTFE、PDMS、硅胶、PA6、PET或PVDF。

在本公开的一些实施例中，包芯线是通过编织机将纺织纤维材料包裹到导电纤维材料表面制备而成；或者利用浸渍法、静电纺丝法或静电吸附将有机高分子材料包裹到导电纤维材料表面制备而成。

在本公开的一些实施例中，在包芯线的表面以电荷注入的方式增加该包芯线的表面带电量，电荷注入的方式包括：高压电晕充电法、离子枪电荷注入法或高温高压极化法。

在本公开的一些实施例中，弹性轴线选用的材料为弹性纺织材料，包括：橡胶纤维、PU纤维或硅胶纤维。