[发明专利]一种单电极模式的可拉伸摩擦纳米发电机及制备方法

说明书

本发明提供了一种单电极模式的可拉伸摩擦纳米发电机及制备方法。该可拉伸摩擦纳米发电机包括：有机硅橡胶，其作为摩擦材料；螺旋钢丝，形成在所述有机硅橡胶内，并从所述有机硅橡胶的一端延伸出，所述螺旋钢丝作为电极材料；所述螺旋钢丝构造成与所述有机硅橡胶的杨氏模量相匹配。本发明的方案，螺旋钢丝作为电极材料，由于钢丝电极的坚固性、连续导电性和几何结构，基于螺旋钢丝的摩擦纳米发电机具有高稳定性、可拉伸性和可定制的特性。并且，硅橡胶基底拉伸性能良好，经扭曲、弯曲或拉伸后，其性能保持不变，可以满足不同应用的要求，适合运用于可穿戴电子设备上。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种单电极模式的可拉伸摩擦纳米发电机及制备方法、可穿戴设备、主动型传感器以及智能手套。

背景技术

近年来，多功能可穿戴电子产品实现快速发展，如智能手表、智能眼镜和电子皮肤等。这些电子产品可以模拟人类皮肤的特征，以及应用于监测人类健康和运动轨迹的无线传感网络。这也同时对可穿戴设备提出了一些挑战，因为这些设备需要灵活、轻便、价格低廉且稳定。

然而，商业化的便携式储能器件包括电池和超级电容器相对较重，需要频繁充电，并面临严重的寿命限制。为了克服这些挑战，开发了一系列基于摩擦起电、光电和热电效应的先进能源收集技术，以实现可持续的便携式电源。与太阳能和热能相比，机械能量的收集可以随时随地，并且不受天气和环境的影响。

摩擦电纳米发电机基于摩擦起电和静电感应的耦合效应，是将各种形式机械能转换为电能的最有效策略之一，如人体运动、风、水波、雨滴和振动。作为一种可持续的发电源，它已经取得了快速进展，具有低成本、高产量、重量轻、材料选择广泛的特点，适用于广泛的设备。

发明内容

本申请的发明人发现，为了可穿戴电源的潜在应用，现有技术已经制造出柔性摩擦电纳米发电机，但是摩擦电层和电极层的界面相容性的杨氏模量不匹配，导致承受复杂机械变形的能力受到限制。近年来，为了配合可拉伸摩擦电材料，如聚二甲基硅氧烷(PDMS)或硅橡胶等，可拉伸电极的制备一般有三种策略:包括刚性材料延伸的确定性几何形状，在弹性体中分散导电颗粒，以及利用本质上可拉伸的导电材料。然而，对于可拉伸纤维供能织物，需要通过合理的几何形状设计来实现。

本发明的一个目的是要克服现有的摩擦纳米发电机电极材料不稳定不可拉伸的缺点，且无法满足可被制造成不同长度的不同用户需求的缺点。

本发明的另一个目的是要满足目前多功能可穿戴电子设备的供电需求。

本发明的有一个目的是要实现检测不同手指弯曲度以及识别数字手势主动式传感。

特别地，本发明提供了一种单电极模式的可拉伸摩擦纳米发电机，包括：

有机硅橡胶，其作为摩擦材料；

螺旋钢丝，形成在所述有机硅橡胶内，并从所述有机硅橡胶的一端延伸出，所述螺旋钢丝作为电极材料；

所述螺旋钢丝构造成与所述有机硅橡胶的杨氏模量相匹配。

可选地，所述可拉伸摩擦纳米发电机的结构为纤维状。

特别地，本发明还提供了一种上述的可拉伸摩擦纳米发电机的制备方法，包括如下步骤：

提供一中空模具；

将液体有机硅橡胶和固化剂的混合物注入所述中空模具中；

将螺旋钢丝插入所述混合物中；

将固化后的有机硅橡胶从所述中空模具中脱模，从而获得所述可拉伸摩擦纳米发电机。

可选地，所述液体有机硅橡胶和所述固化剂的体积比为1:40-60。