一种全柔性磁电式自供能器件及其制备方法与相关制品技术

本发明专利技术公开了一种全柔性磁电式自供能器件及其制备方法与相关制品，属于智能穿戴材料领域，制备方法包括如下步骤：将液态金属灌注于线性柔性壳体中，并将所述柔性壳体两端封装，得到柔性导电金属线；将磁性粒子与成型剂混合搅拌至粘稠，倒入模具中；静置、固化，经后处理后得到具有磁性的柔性纤维；将所述柔性导电金属线缠绕于所述柔性纤维外壁，得到所述全柔性磁电式自供能器件。本发明专利技术公开的自供能纤维的组成材料均为具有柔性、可拉伸、可弯折等性质，真正实现功能性纤维柔软、舒适、可灵活编织的特性。织的特性。织的特性。

【技术实现步骤摘要】
一种全柔性磁电式自供能器件及其制备方法与相关制品


[0001]本专利技术属于智能穿戴材料领域，具体涉及一种全柔性磁电式自供能器件及其制备方法与制品。

技术介绍

[0002]市面上的纤维织物多为通过化学合成的人造纤维，随着社会进步，除了在品种上推陈出新外，人们越来越注重人造纤维的新功能开发，如远红外纤维、磁性纤维，对人体有刺激、按摩等作用，促进血液循环，具有很好的保健功效。将磁性材料应用于可穿戴传感设备可以随时随地的监测人体的生理信号，为我们提供实时的身体状况反馈。因此，如果能够以柔性纤维作为传感器的基本单元，通过编织集成的方式，可以将成千上万的纤维传感器集成到织物上，实现多种传感功能集于一体的目的。
[0003]但是现有技术中，附加保健功能的织物往往洗涤困难，舒适度较差，大大降低了纤维的柔软、可编织等特性。在智能化的应用中，目前市场上磁性智能化设备主要依靠从外部供电或者与储能装置(如电池)等配套工作才能正常使用，而这也限制了它的使用范围、使用寿命以及轻量化智能化等发展方向。因此，将磁性材料很好应用在智能穿戴等智能化领域，实现磁性材料的柔性化、轻量化及自供能化就显得尤为重要。

技术实现思路

[0004]为了解决现有保健织物柔韧性差、较重、不能实现自供能的技术问题，本专利技术提供了一种全柔性磁电式自供能器件及其制备方法与相关制品。
[0005]本专利技术第一方面提供一种全柔性磁电式自供能器件，该全柔性磁电式自供能器件包括柔性纤维和柔性导电金属线，上述柔性纤维具有磁性，上述柔性导电金属线缠绕在上述柔性纤维外壁形成柔性导电金属线圈闭合回路。
[0006]在一些实施方式中，上述柔性纤维包括磁性粒子和液态成型剂，上述磁性粒子的质量百分含量为30％
‑
90％，上述液态成型剂的质量百分含量为10％
‑
70％。
[0007]在一些实施方式中，上述全柔性磁电式自供能器件的拉伸形变量为80％
‑
330％；
[0008]和/或，上述全柔性磁电式自供能器件在10％
‑
50％的单位拉伸形变量范围内，能够产生4
‑
10微伏的感应电动势。
[0009]本专利技术第二方面提供一种全柔性磁电式自供能器件的制备方法，包括如下步骤：
[0010]将液态金属灌注于线性柔性壳体中，并将上述线性柔性壳体两端封装，得到柔性导电金属线；
[0011]将磁性粒子与液态成型剂混合搅拌至粘稠，倒入模具中；
[0012]静置、固化，经后处理后得到具有磁性的柔性纤维；
[0013]将上述柔性导电金属线缠绕于上述柔性纤维外壁，得到上述全柔性磁电式自供能器件。
[0014]在一些实施方式中，上述线性柔性壳体的制备方法包括：通过3D打印制备线性实
心柱体，在上述柱体外壁浇筑液态成型剂，静置，待上述液态成型剂固化成型，脱模，得到线性柔性壳体。
[0015]在一些实施方式中，上述模具为空心柱体；优选的，上述模具分为上下两部分；更优选的，上述模具内壁有螺旋状凸起；特别优选的，上述模具通过3D打印制备得到。
[0016]在一些实施方式中，上述后处理包括：将含有磁性粒子与液态成型剂混合物的模具在60
‑
90℃的条件下进行干燥，干燥时间为6
‑
12小时。
[0017]在一些实施方式中，上述液态金属选自镓、铷、铯、镓铟合金、镓铟锡合金中的一种或多种；
[0018]和/或，上述磁性粒子选自钕铁硼磁性粒子、钕镍钴磁性粒子、氧化铁磁性粒子、二氧化铬磁性粒子、钴
‑
氧化铁磁性粒子中的一种或多种；
[0019]和/或，上述液态成型剂凝固成型后是具有弹性的；优选的，上述液态成型剂选自苯乙烯
‑
乙烯
‑
丁烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物、聚二甲基硅氧烷、己二酸丁二醇酯/对苯二甲酸丁二醇酯共聚物中的一种或多种。
[0020]本专利技术第三方面提供一种传感器，包括上述全柔性磁电式自供能器件。
[0021]本专利技术第四方面提供一种可穿戴器件，包括上述全柔性磁电式自供能器件。
[0022]相比现有技术，本专利技术达到的技术效果如下：
[0023](1)本专利技术将含有磁性物质的柔性纤维和电学部分(即柔性导电金属线圈组成的闭合回路)两大部分共同构成的一个有机整体，制备得到全柔性磁电式自供能磁电纤维，以电磁感应理论为基本原理，当磁电纤维本身发生拉伸等形变时，缠绕在纤维表面的柔性导电金属线内便会产生感应电流，由机械能转换为电能，无需借助外部供电或者储能装置，在轻量化、智能化领域具有无限潜力。
[0024](2)本专利技术采用通过将磁性粒子与成型剂混合，所选用成型剂质轻、柔软，具有良好的弹性，可任意拉伸和弯折，使得专利技术的磁电纤维具有传统纺织纤维产品柔软、可拉伸、可弯曲等特性，进一步提升了磁电纤维在轻量化、穿戴等领域的应用空间，且本专利技术所选用的材料及产品无毒害，无特殊气味，有利于人类健康和环境保护。
[0025](3)本专利技术公开的磁电纤维的制备方法，其基本原理是利用液态纺丝技术，将成型剂与磁性粒子的混合物经挤出后，再倒入相应的模具内，经静置固化而成，且在纤维制备过程中无需进行热处理步骤，方法简单，成本低。
[0026](4)为了增加柔性导电金属线缠绕在柔性纤维的易操作性和牢固性，本专利技术的柔性纤维上设置螺旋形凹槽，柔性导电金属线能够均匀稳定的缠绕在柔性纤维的外壁，且螺旋形凹槽设计不仅增加操作的简便性，还增强了产品的美观性。
[0027](5)本专利技术公开的自供能纤维的组成材料均为具有柔性、可拉伸、可弯折等性质，真正实现功能性纤维柔软、舒适、可灵活编织的特性。
附图说明
[0028]图1为本专利技术实施例1中自供能纤维的制备方法流程示意图；
[0029]图2为本专利技术实施例1中的制备柔性纤维的模具的示意图(未用胶带合并时的状态)；
[0030]图3为本专利技术实施例1中的全柔性磁电式自供能器件的结构示意图；
[0031]图4为本专利技术实施例1中的全柔性磁电式自供能器件的CT照片。
[0032]图中：
[0033]1柔性纤维；2柔性导电金属线；3
‑
1第一模具体；3
‑
2第二模具体；4螺旋形凸起；5螺旋形凹槽。
具体实施方式
[0034]以下通过附图和具体实施例说明本专利技术的技术方案。应该理解，本专利技术提到的一个或者多个步骤不排斥在组合步骤前后还存在其他方法和步骤，或者这些明确提及的步骤间还可以插入其他方法和步骤。还应理解，这些实例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的目的，而非限制每个方法的排列次序或限定本专利技术的实施范围，其相对关系的改变或调整，在无实质
技术实现思路
变更的条件下，亦可视为本专利技术可实施的范畴。
[0035]实施例中所采用的原料和仪器，对其来本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全柔性磁电式自供能器件，其特征在于，该全柔性磁电式自供能器件包括柔性纤维和柔性导电金属线，所述柔性纤维具有磁性，所述柔性导电金属线缠绕在所述柔性纤维外壁形成柔性导电金属线圈闭合回路。2.根据权利要求1所述的全柔性磁电式自供能器件，其特征在于，所述柔性纤维包括磁性粒子和液态成型剂，所述磁性粒子的质量百分含量为30％
‑
90％，所述液态成型剂的质量百分含量为10％
‑
70％。3.根据权利要求1所述的全柔性磁电式自供能器件，其特征在于，所述全柔性磁电式自供能器件的拉伸形变量为80％
‑
330％；和/或，所述全柔性磁电式自供能器件在10％
‑
50％的单位拉伸形变量范围内，能够产生4
‑
10微伏的感应电动势。4.一种全柔性磁电式自供能器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将液态金属灌注于线性柔性壳体中，并将所述线性柔性壳体两端封装，得到柔性导电金属线；将磁性粒子与液态成型剂混合搅拌至粘稠，倒入模具中；静置、固化，经后处理后得到具有磁性的柔性纤维；将所述柔性导电金属线缠绕于所述柔性纤维外壁，得到所述全柔性磁电式自供能器件。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述线性柔性壳体的制备方法包括：通过3D打印制备线性实心柱体，在所述柱体外壁浇筑液态成型剂，静置，待所述液态成型剂固化成型，脱模，得到线性柔性壳体。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜卓林，王凡，裴晓东，
申请(专利权)人：中钢集团南京新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：