拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机以及鞋垫制造技术

本发明专利技术公开了一种拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机以及鞋垫，纳米发电机包括依次层叠的下电极层、摩擦发电层、中间电极层、压电层、上电极层和支撑层；下电极层、摩擦发电层和中间电极层组合实现摩擦发电，中间电极层、压电层和上电极层组合实现压力发电。本发明专利技术的拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机通过下电极层、摩擦发电层和中间电极层组合实现摩擦发电，中间电极层、压电层和上电极层组合实现压力发电。本发明专利技术的拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机融合了摩擦纳米发电机和压电纳米发电机的优点，输出性能得到提升，并且其可以与人体穿戴结合，在医疗健康领域有良好的应用前景。域有良好的应用前景。域有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机以及鞋垫


[0001]本专利技术涉及纳米发电
，尤其是涉及一种拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机以及鞋垫。

技术介绍

[0002]随着可穿戴技术的迅速发展以及可穿戴设备或器件的产品的逐渐普及，社会对轻型可持续输出电源有了更多的需求。纤维基纳米发电机的出现，正是静电纺丝技术与纳米发电机技术相结合的产物。这将为下一代可穿戴电子设备的功能系统以及多功能便携式传感器的发展应用提供新的思路。
[0003]摩擦纳米发电机(TENG)和压电纳米发电机各自有优缺点，将其复合收集能量不仅提升输出性能，而且扩宽其应用范围。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要提供一种融合了摩擦纳米发电机和压电纳米发电机的优点的拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机。
[0005]此外，还有必要提供一种包括上述拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机的鞋垫。
[0006]一种拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机，包括自下而上依次层叠的下电极层、摩擦发电层、中间电极层、压电层、上电极层和支撑层，所述支撑层为拱形，所述摩擦发电层为纳米纤维膜；
[0007]所述下电极层、所述摩擦发电层和所述中间电极层组合实现摩擦发电，所述中间电极层、所述压电层和所述上电极层组合实现压力发电。
[0008]在一个实施例中，所述支撑层的内侧面的最高点与两端点之间的高度差为5mm～20mm。
[0009]在一个实施例中，所述支撑层的材料为聚合物，所述支撑层的厚度为100μm～300μm。
[0010]在一个实施例中，所述中间电极层和所述上电极层分别为镀在所述压电层的两面的金属层，所述中间电极层的厚度为5μm～10μm，所述上电极层的厚度为5μm～10μm。
[0011]在一个实施例中，所述纳米纤维膜的成分材料为质量比为1.1～1.2：1：(0.5％～3％)的PDMS、PVDF和MXene的混合物，所述纳米纤维膜的厚度为20μm～60μm。
[0012]在一个实施例中，所述纳米纤维膜通过如下操作制备得到：
[0013]将MXene和第一有机溶剂混合，超声粉碎后加入PVDF，混合均匀后得到混合液；
[0014]将PDMS前驱体、交联剂、第二有机溶剂和所述混合液混合均匀，得到静电纺丝液；
[0015]以所述静电纺丝液为原料进行静电纺丝，得到所述纳米纤维膜。
[0016]在一个实施例中，所述MXene的粒径为500nm～5μm，所述超声粉碎的操作通过细胞超声粉碎机完成，所述细胞超声粉碎机的功率为100W～300W，所述超声粉碎的时间为0.75h
～2.5h，所述超声粉碎的条件为冰浴。
[0017]在一个实施例中，所述静电纺丝液中，所述PVDF、所述第一有机溶剂、所述MXene、所述PDMS前驱体、所述交联剂和所述第二有机溶剂的质量比为1：6～8：(0.5％～3％)：1：0.1～0.2：2～4；
[0018]所述第一有机溶剂为DMF，所述第二有机溶剂为乙酸乙酯；
[0019]通过所述静电纺丝液为原料进行静电纺丝的操作中，静电纺丝的正电压为8kV～16kV，接受器负电压为4kV～8kV，接收滚筒转速为60r/min～120r/min，纺丝时间为4h～8h。
[0020]在一个实施例中，所述下电极层为金属纤维织物，所述下电极层、所述摩擦发电层、所述中间电极层、所述压电层、所述上电极层和所述支撑层通过针线缝合固定在一起。
[0021]一种鞋垫，包括鞋垫本体以及设置在所述鞋垫本体内的上述的拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机，所述拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机的支撑层用于与人的脚底接触。
[0022]本专利技术的拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机包括自下而上依次层叠的下电极层、摩擦发电层、中间电极层、压电层、上电极层和支撑层，通过所述下电极层、所述摩擦发电层和所述中间电极层组合实现摩擦发电，所述中间电极层、所述压电层和所述上电极层组合实现压力发电。本专利技术的拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机融合了摩擦纳米发电机和压电纳米发电机的优点，输出性能得到提升，并且其可以与人体穿戴结合，在医疗健康领域有良好的应用前景。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]其中：
[0025]图1为一实施方式的拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机的结构示意图。
[0026]图2为实施例1以及对比例制得的纳米纤维膜的XRD对比图。
[0027]图3为实施例1～5以及对比例制得的拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机的输出性能图。
[0028]图4为实施例1、6和7制得的拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机的摩擦电/压电输出性能图。
[0029]图5为一实施方式的安装了实施例1制得的拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机的鞋子的照片。
[0030]图6为安装了实施例1制得的拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机的鞋子测得的不同运动模式下的断路电压图。
具体实施方式
[0031]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本
专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0032]结合图1，本专利技术公开了一实施方式的拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机，包括自下而上依次层叠的下电极层10、摩擦发电层20、中间电极层30、压电层40、上电极层50和支撑层60，支撑层60为拱形，摩擦发电层20为纳米纤维膜。
[0033]下电极层10、摩擦发电层20和中间电极层30组合实现摩擦发电，中间电极层30、压电层40和上电极层50组合实现压力发电。
[0034]本专利技术的拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机通过下电极层10、摩擦发电层20和中间电极层30组合实现摩擦发电，中间电极层30、压电层40和上电极层50组合实现压力发电。本专利技术的拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机融合了摩擦纳米发电机和压电纳米发电机的优点，输出性能得到提升，并且其可以与人体穿戴结合，在医疗健康领域有良好的应用前景。
[0035]此外，支撑层60呈拱形，从而使得整个拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机整体呈拱形，这种形状使得拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机可以使用放在鞋垫内进行信号收集以及发电，进而可以实现自驱动传感。
[0036]结合附图，本实施方式中，支撑层60的内侧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机，其特征在于，包括自下而上依次层叠的下电极层、摩擦发电层、中间电极层、压电层、上电极层和支撑层，所述支撑层为拱形，所述摩擦发电层为纳米纤维膜；所述下电极层、所述摩擦发电层和所述中间电极层组合实现摩擦发电，所述中间电极层、所述压电层和所述上电极层组合实现压力发电。2.根据权利要求1所述的拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机，其特征在于，所述支撑层的内侧面的最高点与两端点之间的高度差为5mm～20mm。3.根据权利要求2所述的拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机，其特征在于，所述支撑层的材料为聚合物，所述支撑层的厚度为100μm～300μm。4.根据权利要求1～3中任意一项所述的拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机，其特征在于，所述中间电极层和所述上电极层分别为镀在所述压电层的两面的金属层，所述中间电极层的厚度为5μm～10μm，所述上电极层的厚度为5μm～10μm。5.根据权利要求4所述的拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机，其特征在于，所述纳米纤维膜的纺丝液的材料为质量比为1.1～1.2：1：(0.5％～3％)的PDMS、PVDF和MXene的混合物，所述纳米纤维膜的厚度为20μm～60μm。6.根据权利要求5所述的拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机，其特征在于，所述纳米纤维膜通过如下操作制备得到：将MXene和第一有机溶剂混合，超声粉碎后加入PVDF，混合均匀后得到混合液；将PDMS前驱体、交联剂、第二有机溶剂和...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪桂根，孙娜，孙皓然，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：