[发明专利]一种基于柔性电磁材料的可穿戴式发电机及其制备方法

说明书

本发明属于电磁感应发电领域，公开了一种基于柔性电磁材料的可穿戴式发电机及其制备方法，包括发电单元，和与之配合的电极组成；当人体肢体运动时，柔性电磁材料自身发生形变，或者柔性电磁材料产生切割电磁场的行为，从而在材料自身的电磁耦合作用下，产生感应瞬间电压/电流，用于给其他可穿戴器件充电；这种结构的柔性发电机是一种十分高效的通过将机械能转化为电能来实现充电的发电机设计。本发明实现了将人体因运动产生的机械能转化为电能，用于为可穿戴器件提供电源的功能。

技术领域

本发明属于电磁感应发电领域，尤其涉及一种基于柔性电磁材料的可穿戴式发电机及其制备方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：

微电子技术，无线电子技术的飞速发展以及各种微小型电子设备，微机电系统在工业、通讯以及家庭生活领域的广泛应用，极大地丰富和方便了人们的生活和工作。但在能量供给方面，依然采用传统的供给方式，主要依靠化学电池。化学电池尽管因其方便的优点而被广泛应用，但其实其自身有很大的局限性，如环境污染性、能源损耗性等。并且随着科技的发展，一些传统的供给方式已不能满足现在的需要，因此人们迫切希望找到一种新型的供能方式，用以适应现代技术发展的变化，促进电子信息相关产业的发展。

柔性发电机是一种将柔性基材物理变化引起的机械能转化为电能的装置，目前主要有三种类型：光伏式、压电式和摩擦电式。光伏式柔性发电机是将有机/无机光伏电池制备在柔性基底上，使用过程中必须在太阳光或者强光源环境中才能将光能转化为电能。此外工作寿命问题也是光伏式柔性发电机的弱点之一。压电式纳米发电机主要是2006年美国佐治亚理工学院王中林教授等人(1]D.Choi,M.Y.Choi,W.M.Choi,H.J.Shin,H.K.Park,J.S.Seo,J.Park,S.M.Yo on,S.J.Chae,Y.H.Lee,S.W.Kim,J.Y.Choi,S.Y.Lee,J.M.Kim.Fully Rollable Transparent Nanogenerators Based on GrapheneElectrodes[J].Advanced Materials,2010,22(19):2187；[2]J.O.Hwang,D.H.Lee,J.Y.Kim,T.H.Han,B.H.Kim,M.Park,K.No,S.O.Kim.Ver tical ZnO nanowires/graphenehybrids for transparent and flexible field emission[J].Journal Of MaterialsChemistry,2011,21(10):3432-3437)提出。工作原理是以ZnO纳米线作为柔性纳米压电材料作为柔性发电机。摩擦电式柔性发电机的基本原理是利用极性相差较大的两种柔性摩擦材料间相互摩擦产生静电荷结合静电效应诱导极板上产生相反电荷，通过外电路实现电荷的转移产生电流，从而实现将周围环境中的机械能转化为电能，人体运动、水流、气流、声音等产生的微小振动均可以驱动摩擦发电机工作。

电磁转换效应指导了法国人毕克西在1832年发明了手摇式直流发电机。其原理是通过转动永磁体使磁通发生变化而在线圈中产生感应电动势，并把这种电动势以直流电压形式输出。这种发电机通常由刚性的定子、转子、端盖及轴承等部件构成。这些刚性的发电机零件通常是铁或者不锈钢材料，通过铸塑等加工工艺制备，具有尺寸大，硬度高等特点，不适应于为人体可穿戴器件提供电源。如果能够将发电机的零件用柔性材料制备，将得到柔性的发电机。但是，目前没有研究小组或个人报道基于电磁转换效应的柔性发电机。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有技术中，柔性发电机发电原理主要是基于摩擦电式的，没有基于电磁转换效应的柔性发电机；

(2)现有的基于电磁转换效应的发电机为硬质刚性发电机，无法佩戴到人体表面，有效地将人体因运动产生的机械能转化为电能，用于为可穿戴器件提供电源。

解决上述技术问题的意义：