一种三维可延展摩擦发电结构制造技术

本发明专利技术涉及一种三维可延展摩擦发电结构，包括至少两层可延展织物和一个连接物；所述可延展织物交替堆叠成三维结构，并通过连接物连接。可延展织物以两种不同纱线交替成形，在拉伸的过程中，两种织物相互摩擦，带上不同电荷，在两根导线之间产生电势差，从而将机械能转换为电能。本发明专利技术能够将拉伸、扭曲、弯折等运动的机械能高效转换为电能，并且恢复能力强，容易与服装兼容。与服装兼容。与服装兼容。

【技术实现步骤摘要】
一种三维可延展摩擦发电结构


[0001]本专利技术属于电子
，涉及一种三维可延展摩擦发电结构。

技术介绍

[0002]作为柔性可穿戴设备的关键器件，可延展柔性电源的发展直接关联着其商业化进程，摩擦纳米发电机由于具有材料来源广、制备流程简单、可延展性高、输出功率高、生物兼容性好等优点，是一种非常有应用前景的柔性电源。
[0003]通过材料设计是实现可延展柔性摩擦纳米发电机最简单实用的方法。如使用水、导电溶液、液态金属或离子液体等作为电极，但液态材料在高温下稳定性差，导电液体渗漏也会引起应变性能退化。因此，将导电纳米颗粒和弹性聚合物混合形成可延展电极制备可延展摩擦纳米发电机，但是一般需要较厚的封装层，器件的输出性能受到了限制，和皮肤的兼容性也有待提高。
[0004]为了增强可延展柔性摩擦纳米发电机的输出性能，电极结构设计成为了近年来的研究热点。弯曲导电是一种常见的电极结构设计，但是其可延展性有限。或者将导电材料固定到预拉伸的弹性衬底上提高器件可延展性，其可延展性受到预拉伸的影响。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种三维可延展摩擦发电结构，能够将拉伸、扭曲、弯折等运动的机械能高效转换为电能，并且恢复能力强，容易与服装兼容。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种三维可延展摩擦发电结构，包括至少两层可延展织物和一个连接物；所述可延展织物交替堆叠成三维结构，并通过连接物连接。
[0007]进一步的，所述可延展织物均包括第一纱线和第二纱线；所述第一纱线和第二纱线交错成针织结构针织结构提供拉伸空间，拉伸下纤维拉紧，释放拉力后恢复原型。
[0008]进一步的，所述第一纱线和第二纱线均为内芯是导线，外面是绝缘层。
[0009]进一步的，所述导线采用金属或合金电极，其中金属包括金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、锡、铁、锰、钼、钨或钒 ；合金包括铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金。
[0010]进一步的，所述内芯导线表面具有氧化锌纳米柱，纳米柱长度在1um-10um。
[0011]进一步的，所述第一纱线的绝缘层采用PS、PE、PP、PI、PET、PVC、PTFCE、Ecoflex、PDMS或PTFE。
[0012]进一步的，所述第二纱线的绝缘层采用尼龙、TPGS、棉、PU、AS树脂、醋酸纤维素或PVA。
[0013]进一步的，所述导线和绝缘层表面设有表面微结构。
[0014]进一步的，所述连接物为绝缘橡胶线，采用PS、PE、PP、PI、PET、PVC、PTFCE、
Ecoflex、PDMS或PTFE。
[0015]进一步的，所述两层可延展织物之间的连接物在正常状态下处于弯曲状态，两层织物之间设有一定间距；在按压下，两层织物之间紧密接触，摩擦产生电荷，将机械能转换为电能；在拉伸下，连接物拉直或拉伸，提供可延展性，不会损坏发电结构。
[0016]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：本专利技术能够将拉伸、扭曲、弯折等运动的机械能高效转换为电能，并且恢复能力强，容易与服装兼容。
附图说明
[0017]图1是本专利技术一实施例中三维可延展摩擦发电结构示意图；图2是本专利技术一实施例中纱线的截面结构示意图；图3是本专利技术一实施例中纱线的平面结构示意图；图4是本专利技术一实施例中可延展织物在拉伸下的工作原理；图5是本专利技术一实施例中三维可延展摩擦发电结构在拉伸和按压下的变化示意图。
具体实施方式
[0018]下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。
[0019]请参照图1，本专利技术提供一种三维可延展摩擦发电结构，包括至少两层可延展织物和一个连接物；所述可延展织物交替堆叠成三维结构，并通过连接物连接。在垂直于平面的方向上拉伸，连接物提供可延展性；在垂于于平面的方向上按压，上下两层织物紧密接触。
[0020]在本实施例中，优选的，所述可延展织物均包括第一纱线和第二纱线；所述第一纱线和第二纱线交错成针织结构针织结构提供拉伸空间，拉伸下纤维拉紧，释放拉力后恢复原型，形成可延展摩擦发电织物。
[0021]在本实施例中，优选的，所述第一纱线和第二纱线均为内芯是导线，外面是绝缘层。导线和绝缘层截面可以为圆形、椭圆形、三角形或多边形。
[0022]在本实施例中，优选的，所述导线采用金属或合金电极，其中金属包括金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、锡、铁、锰、钼、钨或钒 ；合金包括铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金。
[0023]在本实施例中，优选的，所述内芯导线表面具有氧化锌纳米柱，纳米柱长度在1um-10um。
[0024]在本实施例中，优选的，所述第一纱线的绝缘层采用PS、PE、PP、PI、PET、PVC、PTFCE、Ecoflex、PDMS或PTFE等得电子能力强的材料。
[0025]在本实施例中，优选的，所述第二纱线的绝缘层采用尼龙、TPGS、棉、PU、AS树脂、醋酸纤维素或PVA等失电子能力强的材料。
[0026]在本实施例中，优选的，所述导线和绝缘层表面设有表面微结构。
[0027]在本实施例中，优选的，可延展织物的第一和第二纱线通过纺织的方法形成针织结构，可以是纬编织物或经编织物。线圈的高度范围0.1um-1mm，长度范围0.1um-1mm，圈间距离0.1um-1mm。 可延展织物在经线和纬线方向都具有可延展性，在拉伸、扭曲、弯曲等外
力作用下，第一和第二纱线拉紧，在拉紧运动的过程中两根纱线发生摩擦，产生电荷，将机械能转换为电能。释放外力后，纱线恢复原状，在恢复的过程中两根纱线又会摩擦产生电能。
[0028]在本实施例中，优选的，所述连接物为绝缘橡胶线，采用PS、PE、PP、PI、PET、PVC、PTFCE、Ecoflex、PDMS或PTFE。连接线的长度在0.1mm-1mm之间，可延展性在0-1000%之间。
[0029]在本实施例中，优选的，所述两层可延展织物之间的连接物在正常状态下处于弯曲状态，两层织物之间设有一定间距；在按压下，两层织物之间紧密接触，摩擦产生电荷，将机械能转换为电能；在拉伸下，连接物拉直或拉伸，提供可延展性，不会损坏发电结构。
[0030]实施例1：参考图2和3，在本实施例中，三维可延展摩擦发电结构，包括两层可延展织物和一个连接物；所述纱线采用导线为银线，截面圆柱形，在4个方向上生长有ZnO纳米柱，纳米柱的长度为10um，直径为20um，间隔为50um，绝缘层完全包裹住银线，该表面微结构有助于摩擦。
[0031]参考图4，是可延展织物的工作原理，在初始状态下，在接触结处，第一纱线和第二纱线有一定间距，两种纱线不带电，导线1和2之间没有电势差。在拉伸状态下，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维可延展摩擦发电结构，其特征在于，包括至少两层可延展织物和一个连接物；所述可延展织物交替堆叠成三维结构，并通过连接物连接。2.根据权利要求1所述的一种三维可延展摩擦发电结构，其特征在于，所述可延展织物均包括第一纱线和第二纱线；所述第一纱线和第二纱线交错成针织结构针织结构提供拉伸空间，拉伸下纤维拉紧，释放拉力后恢复原型。3.根据权利要求2所述的一种三维可延展摩擦发电结构，其特征在于，所述第一纱线和第二纱线均为内芯是导线，外面是绝缘层。4.根据权利要求3所述的一种三维可延展摩擦发电结构，其特征在于，所述导线采用金属或合金电极，其中金属包括金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、锡、铁、锰、钼、钨或钒 ；合金包括铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金。5.根据权利要求3所述的一种三维可延展摩擦发电结构，其特征在于，所述内芯导线表面具有氧化锌纳米柱，纳米柱长度在1um-10um...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈华民，许鹏俊，王军，
申请(专利权)人：闽江学院，
类型：发明
国别省市：