基于摩擦纳米发电机的发电布料、可穿戴装置、传感器制造方法及图纸

本发明专利技术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。

Generator Fabric, Wearable Device and Sensor Based on Friction Nano Generator

The invention discloses a power generation material, wearable device and sensor based on friction nano-generator. Among them, the power generation fabric includes: the first friction line, the second friction line, and the elastic axis, the first friction line and the second friction line are woven along the elastic axis; where the first friction line and the second friction line of the power generation fabric contact parts have different friction electrode sequence; the elastic axis is stretched elastically, and the first friction line and the second friction line are separated from each other. The elastic axis can achieve elastic recovery, which drives the first friction line to contact with the second friction line. The power generation fabric has high elasticity and good flexibility, can supply electricity by itself, convert various mechanical energy into electric energy output, improve user experience, reduce energy waste to a certain extent, thereby improving environmental pollution, high wearing comfort, good air permeability, easy cleaning, and simple preparation process, wide selection of materials, low cost, large-scale industrial production.

【技术实现步骤摘要】
基于摩擦纳米发电机的发电布料、可穿戴装置、传感器
本专利技术属于能量转化领域，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。
技术介绍
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，人们已陆续专利技术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。
技术实现思路
(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。根据本公开的另一个方面，提供了一种传感器，包括本公开提供的任一种发电布料，设置在可运动的部位。根据本公开的又一个方面，提供了一种可穿戴装置，包括本公开提供的任一种发电布料，或者本公开提供的传感器。在本公开的一些实施例中，可穿戴装置包括：护膝、护腕、手套、腰带、围巾、上衣、裤子或鞋垫。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开提供的基于摩擦纳米发电机的发电布料、可穿戴装置、传感器，具有以下有益效果：通过选用不同绝缘材料包裹导电纤维材料构成的包芯线作为两个摩擦线，或者其中一个摩擦线采用导线纤维材料，以弹性轴线为轴，将这两个摩擦线沿着该弹性轴线编织到一起，三者形成的发电布料具有高弹性和较好的柔韧性，对其进行拉伸、弯曲或按压等作用或者将其与其他材料进行摩擦时可以输出电能，将其制成护膝、护腕、手套、腰带、围巾、上衣、裤子、鞋垫等可穿戴装置，可将人体走路、关节弯曲、手臂摆动、衣物抖动与形变等各种类型的机械能转换成电能，为可穿戴电子产品供电或者用作高灵敏度传感器，应用于人体运动监测、手势识别等领域，极大地延长可穿戴设备的待机时间和使用寿命，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。附图说明图1为根据本公开实施例基于摩擦纳米发电机的发电布料的一种典型结构示意图。图2为根据本公开实施例包芯线的一种典型结构示意图。图3为根据本公开实施例基于摩擦纳米发电机的发电布料在拉伸模式下的工作原理图。图4A为根据本公开实施例基于摩擦纳米发电机的发电布料在拉伸长度达60％时的开路电压VOC输出曲线。图4B为根据本公开实施例基于摩擦纳米发电机的发电布料在拉伸长度达60％时的短路电流ISC输出曲线。图4C为根据本公开实施例基于摩擦纳米发电机的发电布料的开路电压VOC以及短路电流ISC与拉伸长度的关系曲线。图5为根据本公开实施例基于摩擦纳米发电机的发电布料在接触-分离模式下的工作原理图。图6A为根据本公开实施例基于摩擦纳米发电机的发电布料在分离距离为10mm时的开路电压VOC输出曲线。图6B为根据本公开实施例基于摩擦纳米发电机的发电布料在分离距离为10mm时的短路电流ISC输出曲线。图6C为根据本公开实施例基于摩擦纳米发电机的发电布料的开路电压VOC以及短路电流ISC与分离距离的关系曲线。【符号说明】1-第一摩擦线；2-第二摩擦线；3-弹性轴线；4-导电纤维材料；5-绝缘材料；6-银导电纤维；7-涤纶纤维；8-银导电纤维；9-外界摩擦层。具体实施方式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，具有高弹性和较好的柔韧性，对其进行拉伸、弯曲或按压等作用或者将其与其他材料进行摩擦时可以输出电能，为可穿戴电子产品供电或者用作高灵敏度传感器，应用于人体运动监测、手势识别等领域，极大地延长可穿戴设备的待机时间和使用寿命，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。为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种基于摩擦纳米发电机的发电布料。图1为根据本公开实施例基于摩擦纳米发电机的发电布料的一种典型结构示意图。参照图1所示，本公开的基于摩擦纳米发电机的发电布料，包括：第一摩擦线1，第二摩擦线2，以及弹性轴线3，该第一摩擦线1和第二摩擦线2沿着弹性轴线3编织起来；其中，该发电布料的第一摩擦线1和第二摩擦线2接触的部分具有不同的摩擦电极序；该弹性轴线3进行弹性拉伸，第一摩擦线1与第二摩擦线2相互分离；弹性轴线3实现弹性恢复，带动第一摩擦线1与第二摩擦线2相互接触。下面对本实施例中基于摩擦纳米发电机的发电布料的各部分进行详细介绍。本实施例中，第一摩擦线1和第二摩擦线2选用不同绝缘材料5包裹导电纤维材料4构成的包芯线，或者其中一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一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。

【技术特征摘要】
1.一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。2.根据权利要求1所述的发电布料，其中，所述第一摩擦线与第二摩擦线包括多行，互相交错编织；所述第一摩擦线为一根连续结构，所述第二摩擦线也为一根连续结构；或者所述第一摩擦线和所述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。3.根据权利要求1或2所述的发电布料，其中，所述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。4.根据权利要求3所述的发电布料，其中，所述包芯线的结构包括：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...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙其君，周桃，张驰，于爱芳，李从举，王中林，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11