可拉伸的摩擦式能量采集器及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种可拉伸的摩擦式能量采集器及其制作方法。主要包括：衬底层，以及设置在衬底层上面的导电层，所述衬底层用可拉伸的有机材料制作，所述导电层用导电材料制作，当所述衬底层与其他材料进行摩擦的时候，所述导电层捕获摩擦产生的感应电荷，将所述感应电荷作为能量存储或作为信号传感。本发明专利技术实施例通过使用可拉伸的有机材料制作衬底层，使得可拉伸的摩擦式能量采集器可以保形使用在一切规则或不规则的物体表面，极大地扩展了摩擦发电机的适用范围。本发明专利技术实施例的可拉伸的摩擦式能量采集器件可以是透明的，便于与其他模块进行集成。可以在不影响人体运动的同时，收集人体运动产生的能量并为可穿戴设备供电。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及摩擦发电
，尤其涉及一种可拉伸的摩擦式能量采集器及其制作方法。
技术介绍
随着电子皮肤和可穿戴设备的快速发展，为这些电子设备进行长期、稳定、方便和可靠的供能成为了巨大的挑战，传统的电池体积较大，续航能力也较差，不便于集成。2012年，摩擦发电机被制作出来并实现了高性能的输出，但目前的摩擦发电机大多是由柔性材料制作，不能很好地用在人体表面，不能很好地和其他可穿戴模块进行集成。同样的，很多对人体健康监测的传感器有赖于外部供电才能进行工作，这极大的限制了设备使用的时间和环境。不可拉伸器件不能很好的贴附在皮肤表面，这也在一定程度上降低了监测的精度。因此，开发一种高效率的可拉伸摩擦式能量采集器是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种可拉伸的摩擦式能量采集器及其制作方法，以提供一种高效率的、使用方便的摩擦式能量采集器。本专利技术提供了如下方案：一种可拉伸的摩擦式能量采集器，包括：衬底层，以及设置在衬底层上面的导电层，所述衬底层用可拉伸的有机材料制作，所述导电层用导电材料制作，当所述衬底层与其他材料进行摩擦的时候，所述导电层捕获摩擦产生的感应电荷，将所述感应电荷作为能量存储。进一步地，所述有机材料包括具有拉伸性的透明或者不透明的有机聚合物材料。进一步地，所述衬底层为平整的薄膜结构，在薄膜的表面通过微机电系统工艺制作微纳结构，通过微纳结构来增大摩擦输出。进一步地，所述导电材料包括一维纳米导电材料和/或二维纳米导电材料的混合物。进一步地，所述一维纳米导电材料包括金属纳米线、碳纳米管，所述二维纳米导电材料包括石墨烯、石墨片、PEDOT:PSS。一种可拉伸的摩擦式能量采集器的制作方法，包括：选取可拉伸的有机材料作为衬底层，对所述衬底层进行预拉伸；在预拉伸的衬底层表面旋涂或滴涂导电材料的分散液，所述导电材料在所述预拉伸的衬底层表面形成导电层。释放所述衬底层的预拉伸状态，得到可拉伸的摩擦式能量采集器。进一步地，所述的选取可拉伸的有机材料作为衬底层，对所述衬底层进行预拉伸，包括：清洗硅片或者玻璃片，将清洗后的硅片或者玻璃片作为衬底，在所述衬底上旋涂或滴涂所述液态有机材料，在所述混合液加热固化后，揭下所述衬底表面的薄膜，得到用可拉伸的有机材料制作的衬底层；对所述衬底层进行单轴或双轴预拉伸，对预拉伸的衬底层进行固定。进一步地，所述的方法还包括：当所述预拉伸的衬底层的表面亲水性低于设定的范围时，在预拉伸的衬底层上旋涂或滴涂导电材料的分散液之前，使用紫外光灯照射所述预拉伸的衬底层的表面，或者将氧等离子体作用于所述预拉伸的衬底层的表面，增加所述预拉伸的衬底层的表面的亲水性。进一步地，所述的在预拉伸的衬底层表面旋涂或滴涂导电材料的分散液，所述导电材料在所述预拉伸的衬底层表面形成导电层，包括：将导电材料施加到水或酒精或有机分散剂中，得到导电材料的分散液，在预拉伸的衬底层表面旋涂或滴涂所述导电材料的分散液，旋涂或者滴涂次数根据导电性和透明性要求调整；在旋涂或滴涂的所述导电材料的溶液干燥后，所述导电材料在所述预拉伸的衬底层表面形成导电层，然后，对所述预拉伸的衬底层进行退火处理。进一步地，所述的释放所述衬底层的预拉伸状态，得到可拉伸的摩擦式能量采集器，包括：释放所述预拉伸的衬底层的拉伸状态，使用光刻工艺或者胶带粘离所述衬底层表面的导电物质，对所述衬底层表面的导电层进行图形化；利用所述衬底层表面的导电层，对所述衬底层进行电极引出和测试，得到可拉伸的摩擦式能量采集器。由上述本专利技术的实施例提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例通过使用可拉伸的有机材料制作衬底层，使得可拉伸的摩擦式能量采集器可以保形使用在一切规则或不规则的物体表面，极大地扩展了摩擦发电机的适用范围。本专利技术实施例的可拉伸的摩擦式能量采集器件可以是透明的，便于与其他模块进行集成。可以在不影响人体运动的同时，收集人体运动产生的能量并为可穿戴设备供电。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种可拉伸的摩擦式能量采集器的三维结构示意图，其中，导电层1和可拉伸薄膜衬底2；图2为本专利技术的本专利技术实施例的可拉伸的摩擦式能量采集器的制作方法的工艺流程图；图3为本专利技术实施例提供的可拉伸的摩擦式能量采集器在人体手指、手腕和颈椎处放置的示意图；图4为本专利技术实施例提供的可拉伸微型能量采集器采集运动能量后输出的开路电压测试图；图5为本专利技术实施例提供的可拉伸微型能量采集器放置在手指上面，在手指弯曲不同角度时输出的电压信号测试图，随时间手指弯曲角度增大。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被
“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。为便于对本专利技术实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本专利技术实施例的限定。本专利技术实施例提供了一种可拉伸的透明的摩擦式能量采集器及其制作方法，上述摩擦式能量采集器可以作为自驱动的传感器，对包括人体运动在内的一些外界信号进行传感和监测。本专利技术实施例提供了一种可拉伸的摩擦式能量采集器的三维结构示意图如图1所示，包含用可拉伸的有机材料制作的衬底层2，衬底层2上面有基于导电材料制作的导电层1，当衬底层2与其他材料进行摩擦的时候，可以通过导电层1来捕获产生的感应电荷，将感应电荷作为能量存储，并提供给其他模块或者作为传感信号。衬底材料为具有拉伸性的有机聚合物材料，可以透明或者不透明，可以亲水或者不亲水，比较常见的例如聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)。衬底层为平整的薄膜结构，薄膜表面可以通过MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)工艺或其它工艺制作微纳结构，通过微纳结构来增大摩擦输出。衬底层上面的导电层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可拉伸的摩擦式能量采集器，其特征在于，包括：衬底层，以及设置在衬底层上面的导电层，所述衬底层用可拉伸的有机材料制作，所述导电层用导电材料制作，当所述衬底层与其他材料进行摩擦的时候，所述导电层捕获摩擦产生的感应电荷，将所述感应电荷作为能量存储。

【技术特征摘要】
1.一种可拉伸的摩擦式能量采集器，其特征在于，包括：衬底层，以及设置在衬底层上面的导电层，所述衬底层用可拉伸的有机材料制作，所述导电层用导电材料制作，当所述衬底层与其他材料进行摩擦的时候，所述导电层捕获摩擦产生的感应电荷，将所述感应电荷作为能量存储。2.根据权利要求1所述的可拉伸的摩擦式能量采集器，其特征在于，所述有机材料包括具有拉伸性的透明或者不透明的有机聚合物材料。3.根据权利要求2所述的可拉伸的摩擦式能量采集器，其特征在于，所述衬底层为平整的薄膜结构，在薄膜的表面通过微机电系统工艺制作微纳结构，通过微纳结构来增大摩擦输出。4.根据权利要求1或2或3所述的可拉伸的摩擦式能量采集器，其特征在于，所述导电材料包括一维纳米导电材料和/或二维纳米导电材料的混合物。5.根据权利要求4所述的可拉伸的摩擦式能量采集器，其特征在于，所述一维纳米导电材料包括金属纳米线、碳纳米管，所述二维纳米导电材料包括石墨烯、石墨片、PEDOT:PSS。6.一种可拉伸的摩擦式能量采集器的制作方法，其特征在于，包括：选取可拉伸的有机材料作为衬底层，对所述衬底层进行预拉伸；在预拉伸的衬底层表面旋涂或滴涂导电材料的分散液，所述导电材料在所述预拉伸的衬底层表面形成导电层。释放所述衬底层的预拉伸状态，得到可拉伸的摩擦式能量采集器。7.根据权利要求6所述的可拉伸的摩擦式能量采集器的制作方法，其特征在于，所述的选取可拉伸的有机材料作为衬底层，对所述衬底层进行预拉伸，包括：清洗硅片或者玻璃片，将清洗后的硅片或者玻璃片作为衬底，在所述衬
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【专利技术属性】
技术研发人员：张海霞，张进鑫，师马跃，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11