一种穿戴式能量采集器及PDMS-BT薄膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种穿戴式能量采集器，包括矩形腔体，腔体中部内侧相对设置有至少两个键槽，两个键槽之间缠绕有电磁感应线圈，电磁感应线圈内设置有铷铁硼磁铁，电磁感应线圈通过腔体连接有整流电路c；腔体顶部和底部均设置有密封盖，顶部的密封盖内侧垂直设置有PVDF薄膜，其上、下表面电极均连接有导线，通过密封盖引出并连接有整流电路a；底部的密封盖上设置有摩擦纳米发电机。本发明专利技术还涉及PDMS

【技术实现步骤摘要】
一种穿戴式能量采集器及PDMS-BT薄膜的制备方法


[0001]本专利技术属于能量采集
，具体涉及一种穿戴式能量采集器，本专利技术还涉及PDMS-BT薄膜的制备方法。

技术介绍

[0002]目前，智能可穿戴电子器件主要是采用电池进行供电，但是电池寿命有限，而且电池废弃后会对环境产生一定的污染。人体具有充沛的能量，被认为是一种很有前景的能量来源，现有的能量采集装置可以将人体运动产生的机械能转化为电能。但是，常规的能量采集装置往往存在结构复杂、制作成本高、不易携带等缺点；由纯聚二甲基硅氧烷构成的摩擦发电机存在电学性能输出较低问题。因此，迫切需要设计一种体积小、轻便的能量采集器，以采集人体日常活动产生的机械能，并完成将机械能转化为电能，从而持续性地给智能可穿戴产品供电。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种穿戴式能量采集器，解决了现有技术中存在的能量采集装置结构复杂、制作成本高、不易携带的问题。
[0004]本专利技术的另一目的是提供PDMS-BT薄膜的制备方法，解决了现有技术中存在的纯聚二甲基硅氧烷构成的摩擦发电机电学性能输出较低的问题。
[0005]本专利技术所采用的第一种技术方案是，一种穿戴式能量采集器，包括矩形腔体，腔体中部内侧相对设置有至少两个键槽，两个键槽之间缠绕有电磁感应线圈，电磁感应线圈内设置有铷铁硼磁铁，电磁感应线圈通过腔体连接有整流电路c；
[0006]腔体顶部和底部均设置有密封盖，顶部的密封盖内侧垂直设置有PVDF薄膜，PVDF薄膜的上、下表面电极均连接有导线，通过密封盖引出并连接有整流电路a；底部的密封盖上设置有摩擦纳米发电机。
[0007]本专利技术的特点还在于：
[0008]腔体和密封盖材质均为尼龙或ABS塑料；腔体和密封盖通过导电胶粘接。
[0009]铷铁硼磁铁的横截面为矩形，铷铁硼磁铁与腔体相接触；铷铁硼磁铁分别与PVDF薄膜和摩擦纳米发电机之间设置有间隙。
[0010]PVDF薄膜为倒置拱形。
[0011]摩擦纳米发电机包括椭圆环状的PVC薄膜，PVC薄膜相对的两个内侧分别设置有摩擦上层和摩擦下层；
[0012]摩擦上层包括粘接的聚丙烯板a和第三电极，聚丙烯板a和PVC薄膜内侧粘接；摩擦下层从上至下包括依次设置的PDMS-BT薄膜、第四电极和聚丙烯板b，第四电极、聚丙烯板b和PVC薄膜内侧依次粘接；
[0013]第三电极和第四电极的导线通过矩形腔体连接有整流电路b。
[0014]第三电极、第四电极为镍、银电极；第三电极、第四电极的表面由1000目的砂纸打
磨形成划痕。
[0015]PDMS-BT薄膜中的钛酸钡的质量体积浓度是2.4wt％～7.2wt％，PDMS-BT薄膜的表面由1500目的砂纸打磨出多孔结构。
[0016]键槽为空格键状，键槽本体均匀设置有至少8个线圈孔，线圈孔缠绕电磁感应线圈；键槽和腔体通过导电胶粘接。
[0017]本专利技术所采用的另一技术方案是PDMS-BT薄膜的制备方法，具体按照以下步骤实施：
[0018]步骤1、称取适量BT和PDMS；
[0019]步骤2、采用球磨仪将BT和PDMS充分混合，得到混合溶液；
[0020]步骤3、使用超声震荡器将混合溶液超声1h，除去其中的气泡；
[0021]步骤4、将混合溶液涂覆在模具内，并放入烘箱进行固化处理后得到PDMS-BT薄膜。
[0022]本专利技术的特点还在于：
[0023]BT和PDMS的质量比为0.123～0.776：5～10；固化处理的温度为90℃，时间为50min。
[0024]本专利技术的有益效果是：
[0025]本专利技术一种穿戴式能量采集器，结构简单、成本低、携带轻便，通过橡胶带将可穿戴式能量采集器与人体手臂、小腿进行固定，从而将人体运动的机械能转化为电能，为智能可穿戴产品持续供电；本专利技术一种穿戴式能量采集器，其腔体的材质是尼龙或ABS塑料，由3D打印而成，精度较高，且成本低；本专利技术一种穿戴式能量采集器，易于携带、无污染、能量转化效率高，为未来的智能可穿戴电子设备的设计提供了一种独特的思路；本专利技术一种穿戴式能量采集器，通过铷铁硼磁铁的往复运动使PVDF薄膜从变形到恢复，电磁感应线圈磁通量产生变化，第三电极、PDMS-BT薄膜及第四电极从接触到分离，通过上述3种方式将人体行走、奔跑产生的机械能高效转化为电能；本专利技术一种穿戴式能量采集器，利用二极管的单向导通性，通过桥式整流电路a、b和c将人体运动采集器生成的交流电转换为直流电，从而驱动微功耗的智能可穿戴电子器件。
[0026](2)本专利技术PDMS-BT薄膜的制备方法，制备工艺简单、成本低；本专利技术PDMS-BT薄膜的制备方法，制备的PDMS-BT薄膜表面由砂纸摩擦成表面微孔结构，有助于提高其电能输出，而且还掺杂了具有较高介电常数的钛酸钡纳米颗粒，显著提高了PDMS-BT薄膜的电能输出。
附图说明
[0027]图1是本专利技术一种穿戴式能量采集器的结构示意图；
[0028]图2是本专利技术一种穿戴式能量采集器中PVDF薄膜输出的电压波形图；
[0029]图3是本专利技术一种穿戴式能量采集器中电磁感应线圈输出的电压波形图；
[0030]图4是本专利技术一种穿戴式能量采集器中PDMS-BT薄膜输出的电压波形图；
[0031]图5是本专利技术一种穿戴式能量采集器中整流电路的示意图。
[0032]图中，1.PVDF薄膜，2.腔体，3.键槽，4.电磁感应线圈，6.铷铁硼磁铁，7.聚丙烯板a，8.第三电极，9.PVC薄膜，10.PDMS-BT薄膜，11.第四电极，12.聚丙烯板b。
具体实施方式
[0033]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0034]本专利技术一种穿戴式能量采集器，如图1所示，包括矩形腔体2，腔体2中部内侧相对设置有至少两个键槽3，两个键槽3之间缠绕有电磁感应线圈4，电磁感应线圈4内设置有铷铁硼磁铁6，电磁感应线圈4通过腔体2连接有整流电路c；其中，铷铁硼磁铁6可沿腔体2上、下移动；
[0035]腔体2顶部和底部均设置有密封盖，顶部的密封盖内侧垂直设置有PVDF薄膜1，PVDF薄膜1的上、下表面电极均连接有导线，通过密封盖引出并连接有整流电路a；底部的密封盖上设置有摩擦纳米发电机。
[0036]优选地，腔体2和密封盖材质均为尼龙或ABS塑料；腔体2和密封盖通过导电胶粘接。
[0037]优选地，铷铁硼磁铁6的横截面为矩形，铷铁硼磁铁6与腔体2相接触；铷铁硼磁铁6分别与PVDF薄膜1和摩擦纳米发电机之间设置有间隙。
[0038]优选地，PVDF薄膜1为倒置拱形。
[0039]优选地，摩擦纳米发电机包括椭圆环状的PVC薄膜9，PVC薄膜9相对的两个内侧分别设置有摩擦上层和摩擦下层；
[0040]摩擦上层包括粘接的聚丙烯板a7和第三电极8，聚丙烯板a7和PVC薄膜9内侧粘接；摩擦下层从上至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种穿戴式能量采集器，其特征在于，包括矩形腔体(2)，所述腔体(2)中部内侧相对设置有至少两个键槽(3)，两个所述键槽(3)之间缠绕有电磁感应线圈(4)，所述电磁感应线圈(4)内设置有铷铁硼磁铁(6)，所述电磁感应线圈(4)通过腔体(2)连接有整流电路c；所述腔体(2)顶部和底部均设置有密封盖，顶部的所述密封盖内侧垂直设置有PVDF薄膜(1)，所述PVDF薄膜(1)的上、下表面电极均连接有导线，通过密封盖引出并连接有整流电路a；底部的所述密封盖上设置有摩擦纳米发电机。2.如权利要求1所述的一种穿戴式能量采集器，其特征在于，所述腔体(2)和密封盖材质均为尼龙或ABS塑料；所述腔体(2)和密封盖通过导电胶粘接。3.如权利要求1所述的一种穿戴式能量采集器，其特征在于，所述铷铁硼磁铁(6)的横截面为矩形，所述铷铁硼磁铁(6)与腔体(2)相接触；所述铷铁硼磁铁(6)分别与PVDF薄膜(1)和摩擦纳米发电机之间设置有间隙。4.如权利要求1所述的一种穿戴式能量采集器，其特征在于，所述PVDF薄膜(1)为倒置拱形。5.如权利要求1所述的一种穿戴式能量采集器，其特征在于，所述摩擦纳米发电机包括椭圆环状的PVC薄膜(9)，所述PVC薄膜(9)相对的两个内侧分别设置有摩擦上层和摩擦下层；所述摩擦上层包括粘接的聚丙烯板a(7)和第三电极(8)，所述聚丙烯板a(7)和PVC薄膜(9)内侧粘接；所述摩擦下层从上至下包括依次设置的PDMS-BT薄膜(10)、第四电极(...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖渊，吕晓来，马丽萍，刘进超，杨鹏程，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：