一种基于三维间隔织物的摩擦纳米发电机及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于三维间隔织物的摩擦纳米发电机及其制备方法，属于纺织技术领域。本发明专利技术所述的基于三维间隔织物的摩擦纳米发电机，包括三维间隔织物，所述三维间隔织物的一侧采用无电极化学镀的方法使织物的纤维表面包覆有导电金属层，所述导电金属层外包覆有摩擦介质层；所述导电金属为铜、镍和银中的一种或多种。本发明专利技术的基于三维间隔织物的摩擦纳米发电机是基于经编织物结构的共用电极透气性摩擦纳米发电机，利用织物原有结构将两个均为单电极模式的器件的镀铜电极共用，减少工序，降低加工电极和结构构造成本。在不同按压的程度下能够分级触发两个单电极模式发电机的工作，在保证一定输出和服用性能的同时，也为结构创新提供一个思路。为结构创新提供一个思路。为结构创新提供一个思路。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维间隔织物的摩擦纳米发电机及其制备方法


[0001]本专利技术属于纺织
，尤其涉及一种基于三维间隔织物的摩擦纳米发电机及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着物联网和人工智能时代的到来，可穿戴设备已经广泛应用于人们的日常生活中，极大地提高了人们的生活质量。到目前为止，大多数电子产品的运行主要依靠传统电池，但传统电池体积大、结构刚性复杂，无法满足可穿戴电子产品的持续使用和服用需求。2012年王中林课题组提出一种新的能量收集和自供电传感技术
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摩擦纳米发电机(TENG)，它是基于接触起电和静电感应的耦合效应，将无处不在的机械能转化为电能的能量转化器件，有潜力成为避免重复更换电池的有效补充方案。由于人类活动主要是基于机械运动，无论处于何种气候条件和工作环境，收集无处不在和持续可用的人体机械能是提供持续动力的最可靠和独立的策略。纺织品是人们日常生活中不可或缺的材料，与人体贴合紧密且可以作为TENG的摩擦材料，有利于收集人体机械能。
[0003]专利CN103368450A公开了种利用摩擦电纳米发电机的鞋垫，其导电层为磁控溅射或蒸镀金属，它不仅影响整个织物器件的透气性，而且在上下两个相邻的摩擦层之间构造隔离层增加了构造间隔的成本。三维间隔织物的多根中间纤维将上下两层织物隔开，为整个织物提供了良好的弹性，同时也为TENG提供了足够的分隔空间。利用它的特殊结构作为基底或载体，可以实现TENG一体化和多领域应用。Liu等人在三维间隔织物的基础上制备了一体化的柔性接触分离式摩擦纳米发电机。其涂覆导电材料会降低织物本身的弹性、柔软性、透湿透气性等性能，降低该织物制得服装的可穿性。Zhu等人从导电纱线组成的织物电极和介电纱线构成的摩擦层用于三维间隔发电织物，但是存在织造过程中纱线的损伤导致影响其输出。因此构造TENG中织物电极保持原有导电性能外，还应有的一定柔软、轻便、有弹性、可洗和透气的性能，而无电极化学镀方法满足这些要求且无明显改变纺织品的手感或纹理。
[0004]无电极化学镀(ELD)是一种在溶液中沉积金属的非电解氧化还原方法，ELD已经成为一种具有多种优势的纺织品金属化工艺而应用于织物基TENG，但未出现在三维间隔织物TENG的电极构造。Zhao等人在工业样品织机上制成织物基TENG，但是纱线织造过程中易受到损伤，且对于导电纱的机器织造有一定要求，如长度和强度等参数。Pu等人利用激光掩模的方法，在暴露的聚酯织物一侧ELD镀镍薄膜作为TENG的栅状电极，而其另一侧没有进行处理虽保持原有织物绝缘性能，但增加激光掩模的工序不利于ELD应用于TENG的构造。
[0005]基于三维间隔织物TENG的电极构造会降低织物的原始性能，而ELD金属工艺处理纱线和织物构造TENG可以维持一定的原始性能，但纱线织造存在机器要求，直接在织物上处理虽没有此要求，若仅在织物一侧进行ELD，保持另一侧的原有绝缘性能需要依靠其它方法，增加了构造TENG的工序。此外，ELD还未用于三维间隔织物TENG的电极构造。

技术实现思路

[0006]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中三维间隔织物TENG的电极构造时织物的原始性能较差、对机器要求较高等问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于三维间隔织物的摩擦纳米发电机及其制备方法。其电极部分采用ELD工艺易将织物两侧都镀上金属，可视为两个电极层，当同时使其两侧产生摩擦电荷，这将比一侧产生的摩擦电荷要多，在一定程度上可提高输出。而三维间隔织物存在两层织物，通过ELD镀构造一层织物电极可以实现两个单电极模式TENG，其中未处理的一层织物可以作为固定的摩擦层，三维间隔织物的间隔结构也可以为其中一个模式提供一定的分隔空间。
[0008]本专利技术的第一个目的是提供一种基于三维间隔织物的摩擦纳米发电机，包括三维间隔织物，所述三维间隔织物的一侧采用无电极化学镀的方法使织物的纤维表面包覆有导电金属层，所述导电金属层外包覆有摩擦介质层。
[0009]在本专利技术的一个实施例中，所述导电金属为铜、镍和银中的一种或多种。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，所述摩擦介质层由预聚体和固化剂混合制备得到。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，所述预聚体为聚二甲基硅氧烷、硅橡胶和聚四氟乙烯树脂中的一种或多种；所述固化剂为正硅酸乙酯、正硅酸丙酯和异氰酸酯中的一种或多种。
[0012]本专利技术的第二个目的是提供一种所述的基于三维间隔织物的摩擦纳米发电机的制备方法，包括以下步骤，
[0013]S1、将预处理后三维间隔织物的一侧先后浸渍于有机硅烷化溶液、接枝聚合物刷溶液和四氯钯酸铵溶液，反应得到前处理三维间隔织物；
[0014]S2、采用无电极化学镀在S1所述的前处理三维间隔织物的一侧沉积导电金属层，得到织物电极；
[0015]S3、将S2所述的织物电极浸渍于摩擦介质溶液，后经固化得到所述的基于三维间隔织物的摩擦纳米发电机。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，在S1中，所述预处理为将三维间隔织物的一侧进行碱前处理和等离子体修饰羟基处理。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，在S1中，所述有机硅烷溶液为乙烯基三甲氧基硅烷的乙醇溶液。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，在S1中，所述接枝聚合物刷溶液为加入引发剂过二硫酸钾的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶液。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，在S1中，在接枝聚合物刷溶液中反应条件为70℃
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80℃反应1h
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2h。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，在S3中，所述固化为60℃
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70℃固化1h
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2h。
[0021]本专利技术的第三个目的是提供一种三维间隔织物供能器件，包括所述的摩擦纳米发电机。
[0022]本专利技术的技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0023](1)本专利技术所述的基于三维间隔织物的摩擦纳米发电机采用一种定点选择、低成本、规模化和保持一定织物原始性能的制造导电织物方法—无电极化学镀，使三维间隔织物的一层织物两侧都镀上金属形成共用电极层，以便收集织物两侧的人体运动的能量。织
物两侧都镀上金属可视为两个电极层，当同时使其两侧产生摩擦电荷，这将比一侧产生的摩擦电荷要多，在一定程度上可提高单电极TENG输出。其次，金属丝通过上下穿插缝制于三维间隔织物内，充当引出镀铜织物两侧感应的电荷。
[0024](2)本专利技术所述的基于三维间隔织物的摩擦纳米发电机可以直接利用现有售卖的三维间隔经编针织物，将无电极化学镀铜的两个共用电极单电极模式集成的TENG制造技术不仅可以收集织物两侧的能量，降低加工成本，且其间隔纱线为镀金属织物电极收集织物两侧的能量作弹性回复支撑，也为其中一个单电极模式TENG提供充足的分隔空间。
[0025](3)本专利技术所述的基于三维间隔织物的摩擦纳米发电机是基于经编织物结构的共用电极透气性摩擦纳米发电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三维间隔织物的摩擦纳米发电机，其特征在于，包括三维间隔织物，所述三维间隔织物的一侧采用无电极化学镀的方法使织物的纤维表面包覆有导电金属层，所述导电金属层外包覆有摩擦介质层。2.根据权利要求1所述的基于三维间隔织物的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述摩擦介质层由预聚体和固化剂混合制备得到。3.根据权利要求2所述的基于三维间隔织物的摩擦纳米发电机，其特征在于，所述预聚体为聚二甲基硅氧烷、硅橡胶和聚四氟乙烯树脂中的一种或多种；所述固化剂为正硅酸乙酯、正硅酸丙酯和异氰酸酯中的一种或多种。4.权利要求1
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3任一项所述的基于三维间隔织物的摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，S1、将预处理后三维间隔织物的一侧先后浸渍于有机硅烷化溶液、接枝聚合物刷溶液和四氯钯酸铵溶液，反应得到前处理三维间隔织物；S2、采用无电极化学镀在S1所述的前处理三维间隔织物的一侧沉积导电金属层，得到织物电极；S3、将S2所述的织物电极浸渍于摩擦介质溶液，后经固化得到所述的基于三维间隔织物的摩擦纳米发电机。5.根据权利要求4所述的基于三...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡建臣，周随波，蒋望凯，王哲山，张克勤，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：