[发明专利]可再生摩擦发电机、阵列、温度传感器、电子皮肤及方法

说明书

本发明公开了可再生摩擦发电机、阵列、温度传感器、电子皮肤及方法，其中，可再生摩擦发电机，包括：可再生电极层，该可再生电极层包括：金属纳米线‑水凝胶；其中，该金属纳米线‑水凝胶为掺杂有金属纳米线的水凝胶，金属纳米线能在特定温度的水相中从水凝胶中分离实现可再生，基于动态化学键的可逆性，水凝胶实现可再生。采用掺杂有金属纳米线的水凝胶作为电极层，金属纳米线不溶于水，而水凝胶在特定温度的水相中会溶于水，可以实现金属纳米线的分离可再生重复利用，同时基于动态化学键的可逆性，水凝胶溶解后还能恢复原态，实现电极层的整体可再生，具有可再生、高度拉伸、高度透明、高度集成以及自驱动的综合性能。

技术领域

本公开属于摩擦纳米发电技术领域和温度传感技术领域，涉及一种可再生摩擦发电机、阵列、温度传感器、电子皮肤及方法，特别是一种集重复利用、自愈合、高度拉伸、高度透明、自驱动为一体的可再生摩擦发电机、可再生摩擦发电机阵列、温度传感器、以及电子皮肤，同时还提供了用于制备具有取向性金属纳米线的金属纳米线-水凝胶的方法。

背景技术

电子皮肤系统是一种利用新材料技术、传感器技术和微机电加工技术制作的能够模仿人体皮肤保护、感知、调节等功能的电子装置或者电子系统。

温度传感器是电子皮肤很重要的一方面。温度与湿度传感器主要分为热电温度/湿度传感器，电阻温度/湿度传感器，电容式温度/湿度传感器。

为了满足可穿戴、降低能耗的需求，自驱动的电子皮肤成为研究热点。实现自驱动的途径有压电热电，随着2012年，摩擦发电机这种基于摩擦起电和静电感应的耦合作用、可将机械能转化为电能的新的能量转化手段的问世，电子皮肤实现自驱动增加了一个新的平台。摩擦发电机(TENG)是利用两种摩擦电极性不同的材料相接触后在表面生成摩擦电荷，分离时会产生电势差从而在外界电路上形成了电流输出。

摩擦发电机用于电子皮肤为人们生产生活带来福祉的同时，也带来负面：白色污染。因为传统摩擦发电机电极材料为金属，摩擦层为塑料橡胶等，均为不可降解材料。

此外，目前采用摩擦发电机驱动温度传感器的方式中，温度传感器和摩擦发电机二者是独立的器件，不利于集成化。

更进一步的，在摩擦纳米发电机不可避免的受到一定程度的外界机械破坏时，如何能够实现自愈合，成为另一追求的性能。

在能源紧张的大背景下，以及对于环保的更高要求，亟需提出一种兼具优良的温度传感性能、自驱动、可再生、可降解、自愈合等部分或全部性能的传感材料。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种可再生摩擦发电机、阵列、温度传感器、电子皮肤及方法，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，提供了一种可再生摩擦发电机，包括：可再生电极层，该可再生电极层包括：金属纳米线-水凝胶；其中，该金属纳米线-水凝胶为掺杂有金属纳米线的水凝胶，金属纳米线能在特定温度的水相中从水凝胶中分离实现可再生，基于动态化学键的可逆性，水凝胶实现可再生。

在本公开的一些实施例中，金属纳米线-水凝胶中的金属纳米线在水凝胶中具有取向性。

在本公开的一些实施例中，金属纳米线-水凝胶中的水凝胶的材料为具有网络结构的离子-可降解高分子材料，断裂后能够发生自愈合。

在本公开的一些实施例中，金属纳米线-水凝胶中的水凝胶为聚乙烯醇-海藻酸钠水凝胶；和/或，金属纳米线为银纳米线、铜纳米线、或铁纳米线。

在本公开的一些实施例中，可再生摩擦发电机，还包括：摩擦层，位于可再生电极层之上，该摩擦层的材料为水凝胶。