一种发电复合纤维、制法及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种发电复合纤维、制法及其应用，本发明专利技术所述复合纤维的制备方法包括下述步骤：将金属微纳颗粒和聚合物基底材料进行复合得到复合材料；将所述复合材料通过湿法纺丝或双螺杆挤出得到复合纤维。本发明专利技术所述的方法能够使得复合纤维中的金属微纳颗粒的掺杂浓度最高可以达到90％，所得到的复合纤维磁性能较好，并且具有较好的应变性能，所得到的织物的表磁较高，从而可以实现为不同领域的电子设备供电。备供电。

【技术实现步骤摘要】
一种发电复合纤维、制法及其应用


[0001]本专利技术涉及能源采集
，尤其涉及一种发电复合织物的制法及其应用。

技术介绍

[0002]近年来，随着计算机技术以及柔性电子技术的飞速发展，智能可穿戴电子呈现出了爆炸式的增长趋势，这些智能品具有可穿戴、尺寸小、质量轻、时尚感强等特性，被广泛应用于医疗健康监测、行为动作检测及辅助运动、智能家居、教育教学等领域。智能可穿戴设备均需要能源供应来维持其工作状态。锂电池相对来说体积较小且较为环保，微型可穿戴设备多数采用锂电池进行供电，锂电池的续航能力较为有限，一旦电池用完或者忘记携带替换的电池，设备将处于无法工作状态。除此之外，锂电池对所处的工作环境有严格的要求，温度条件将影响电池的安全、性能以及寿命，这些问题限制了智能可穿戴设备的应用。
[0003]亟需研发一种能源采集方式来实现当电池耗尽且无替换电池的情况下为可穿戴电子设备进行持续性供电，当处于极端环境中锂电池无法工作时为可穿戴电子设备进行持续性供电。人体是一个巨大的能量库，拥有丰富的生物化学能、生物热能和生物机械能，对于一个69公斤的成年人来说，人体通过呼吸、加热、血液输送、手臂运动、手指运动和步行产生的能量可以达到100W以上。因此如果将人体1％的能量转换为电能为电子设备供电就能够解决电池耗尽且无可替换电池时的供电问题。服装作为人类的第二层皮肤，已被广泛用于保暖和信息传递。附加及内置技术赋予了服装多种功能，使人类能够感知周围环境。相对于薄膜基柔性器件，服装具有高孔隙率、大比表面积、优异的透气性和穿着舒适性等优势。故如果能利用衣服将人类的日常行为动作所产生的机械能转化为电子服装所需要的电能，便可解决电子服装持续供电的问题。
[0004]中国专利申请CN105742474A涉及一种柔性的碳纳米管
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聚苯胺热电器件的制备方法，包括：将碳纳米管和十二烷基苯磺酸钠加入到HCl溶液中，超声，细胞粉碎，然后加入苯胺，超声，冰浴条件下搅拌，得到碳纳米管
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苯胺分散液，滴加过硫酸铵的HCl溶液，反应后得到碳纳米管
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聚苯胺分散液；将织物放入氢氧化钠溶液中加热，然后放入60～90℃水中搅拌，取出，烘干，加入到碳纳米管
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聚苯胺分散液中，超声，烘干，重复织物浸渍、烘干的步骤；将烘干得到的涤纶切成矩形长条，交替固定在柔性基底上，用导电纤维将矩形条进行并联。但热电材料利用环境中存在的温度梯度，将热能转换为电能，但是该器件脆性较大，渗透率较低，并且对温差梯度要求较大，而人体以及生活环境中温度梯度普遍偏低，故该种类型的自供能器件的效率较低，因此也不能在可穿戴电子器件的能量供给上发挥重要作用。
[0005]中国专利申请CN112226867A公开了一种利用静电纺丝技术和磁控溅射技术制备超柔软的压电PVDF纱线的方法，首先将PVDF溶解于DMF中，配置一定浓度的纺丝溶液；其次利用静电纺丝技术将PVDF包覆在导电纱线表面，制备导电纱线
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PVDF压电膜；最后利用磁控溅射技术将导电金属膜溅射在导电纱线
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PVDF压电膜表面，制备压电PVDF纱线。
[0006]中国专利申请CN109104117A公开了一种可穿戴织物纳米发电机及其制备方法，设计了具有压电摩擦、交错摩擦发电功能的基于纳米纤维包芯纱结构的可穿戴纳米发电机，
以镀铜棉纱线作为导电电极，分别以聚偏氟乙(PVDF)、尼龙66纳米纤维作为两种摩擦材料，利用共轭静电纺纳米纤维的成纱工艺，得到分别包覆PVDF、尼龙66的两种纳米纤维包芯纱，利用机织的方法将包芯纱线交织形成纳米纤维织物，获得可穿戴织物纳米发电机。
[0007]中国专利申请CN109750403A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。
[0008]虽然压电材料和摩擦电材料可以有效收集人体运动时产生的机械能，然而，这两种材料虽然具有较高的输出电压，但是由于内阻偏高，会造成较大的能量损失。与此同时，它们在工作时必须要有按压等外界接触才能将机械能转换为电能，故容易引起材料损耗。因此，需要制备一种新的自发电装置，在满足发电的同时，还需要满足：没有相互接触也能产生电流，来减少材料的消耗。
[0009]中国专利申请CN111076805A公开一种基于折叠薄膜的全柔性电磁式振动传感器，包括柔性线圈，绝缘层、柔性环形磁薄膜，柔性圆形磁振子和弹性基底，柔性线圈位于两层柔性环形磁薄膜中间的空心处，且柔性线圈的上下表面均为绝缘层；柔性圆形磁振子位于柔性线圈中间的空心处，厚度小于两层柔性环形磁薄膜的总厚度，且上下表面分别与固定在传感器底部和顶部的弹性基底连接构成惯性振子。但该器件属于薄膜态，薄膜式可洗涤性能，抗拉伸性能较差，可穿戴性能差。
[0010]虽然压电材料和摩擦电材料可以有效收集人体运动时产生的机械能，然而，这两种材料虽然具有较高的输出电压，但是由于内阻偏高，会造成较大的能量损失。与此同时，它们在工作时必须要有按压等外界接触才能将机械能转换为电能，故容易引起材料损耗。因此，需要制备一种新的自发电装置，在满足发电的同时，还需要满足：没有相互接触也能产生电流，来减少材料的消耗。
[0011]中国专利申请CN111076805A公开一种基于折叠薄膜的全柔性电磁式振动传感器，包括柔性线圈，绝缘层、柔性环形磁薄膜，柔性圆形磁振子和弹性基底，柔性线圈位于两层柔性环形磁薄膜中间的空心处，且柔性线圈的上下表面均为绝缘层；柔性圆形磁振子位于柔性线圈中间的空心处，厚度小于两层柔性环形磁薄膜的总厚度，且上下表面分别与固定在传感器底部和顶部的弹性基底连接构成惯性振子。但该器件属于薄膜态，薄膜式可洗涤性能，抗拉伸性能较差，可穿戴性能差。

技术实现思路

[0012]鉴于上述问题，本专利技术提供了一种面向人体机械能量采集的可穿戴发电复合纤维及织物，能够在人体运动时将人体机械能转化为电能为电子设备供电。所述复合纤维通过湿法纺丝或双螺杆挤出法进行制备，所得到的复合纤维的金属微纳颗粒的掺杂浓度高，并且将所得到的复合纤维编织成织物，具有优异的可穿戴性能(透气、透湿、耐水洗、耐磨、抗拉伸、标准的机械测试等)、良好的耐用性和可重复性。同时具有极端环境适应性，例如人体汗液、酸性、碱性以及高低温等极端环境。
[0013]本专利技术具体技术方案如下：
[0014]1.一种制备复合纤维的方法，其包括下述步骤：
[0015]将金属微纳颗粒和聚合物基底材料进行复合得到复合材料；
[0016]将所述复合材料通过湿法纺丝或双螺杆挤出得到复合纤维。
[0017]2.根据项1所述的方法，其中，所述金属微纳颗粒为金属磁性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备复合纤维的方法，其包括下述步骤：将金属微纳颗粒和聚合物基底材料进行复合得到复合材料；将所述复合材料通过湿法纺丝或双螺杆挤出得到复合纤维。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述金属微纳颗粒为金属磁性微纳颗粒、金属化合物磁性微纳颗粒和/或金属合金磁性微纳颗粒；优选的，所述金属磁性微纳颗粒选自下述中的一种或两种以上：铁磁性粒子、钴磁性粒子和镍磁性粒子；优选的，所述金属化合物磁性微纳颗粒选自下述中的一种或两种以上：氧化铁磁性粒子(γ
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Fe2O3、Fe3O4)、二氧化铬磁性粒子(CrO2)、氮化铁磁性粒子(Fe6N2)、锶铁氧体磁性粒子(SrFe
12
O
19
)、钡铁氧体磁性粒子(BaFe
12
O
19
)和钴
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氧化铁磁性粒子(Co
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Fe2O3和Co
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Fe3O4)；优选的，所述金属合金磁性微纳颗粒选自下述中的一种或两种以上：钕铁硼磁性粒子(Nd2Fe
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B)、铁钴镍磁性粒子(FeCoNi)、铁钴钒磁性粒子(FeCoV)、钕镍钴磁性粒子(NdNiCo)、钐钴磁性粒子(SmCo5和Sm2Co
17
)和铝镍钴磁性粒子(AlNiCo)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述金属微纳颗粒的粒径范围为0.005
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250μm，优选为0.005
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5μm；所述聚合物基底材料为热塑性聚合物，优选为选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、掺杂有氟化聚合物的PMMA复合材料(F
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PMMA)、苯乙烯二甲基丙烯酸甲酯共聚物(SMMA)、环烯烃共聚物(COC)、环烯烃聚合物(COP)、聚碳酸酯(PC)、聚亚苯基砜树脂(PPSU)、聚醚砜树脂(PES)、聚乙烯亚胺(PEI)、聚苯乙烯(PS)、聚酰胺树脂(PA)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯醇(PVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)、苯乙烯
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乙烯/丁烯
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苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、丙烯腈
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丁二烯
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苯乙烯共聚物(ABS)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙二醇(PEG)、聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)和聚醚中的一种或两种以上的聚合物；优选的，以在复合材料中所占的质量百分比计，所述金属微纳颗粒为0.1
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90％，优选为80％
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90％。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的方法，其中，在得到复合材料的步骤中，将金属微纳颗粒和聚合物基底材料进行化学溶解和/或物理共混得到，优选的，所述化学溶解为将金属微纳颗粒和聚合物基底材料放入溶剂中进行溶解，然后除去所述溶剂得到所述复合材料，优选的，所述溶剂选自二甲基乙酰胺、氯仿、乙醚、丙酮、N,N
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二甲基甲酰胺、乙二醇、丙二醇、乙醇、异丙醇、乙酸乙酯、环己烷和二甲苯中的一种或两种以上；优选的，所述双螺杆主机转速为100
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6000r/min；优选的，在制备复合材料的步骤中，在使用双螺杆挤出之后，在得到复合材料之前还包括收卷的步骤，优选的，收卷速度为100
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6000r/min。5.一种复合纤维，其通过权利要求1
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4中任一项所述的方法制备得到。6.一种复合纤维，其包含金属微纳颗粒和基材，所述金属微纳颗粒分散到所述基材内，其中，以在复合纤维中所占的质量百分计，所述金属微纳颗...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶光明，王蕊，
申请(专利权)人：武汉佰钧城软件园发展有限公司，
类型：发明
国别省市：