磁电式自供能三层织物及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种磁电式自供能三层织物及其制备方法。本发明专利技术通过制备具有较高弹性和磁感应强度的磁性纤维，再将该磁性纤维与普通纤维编织成磁性层，并将导电纤维以圈状缝制于弹性织物的表面以得到弹性导电层；然后按照磁性层

【技术实现步骤摘要】
磁电式自供能三层织物及其制备方法


[0001]本专利技术涉及柔性传感织物
，尤其涉及一种磁电式自供能三层织物及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，柔性传感技术得到快速发展，逐步应用于个人健康监测、人机交互和软体机器人等领域。但该技术需要配套外部供能/储能器件(如电池)，限制了其使用范围、使用寿命和轻量化等方向的发展。因此，柔性传感设备的自供能十分关键。
[0003]电磁感应现象是指穿过闭合回路的磁通量发生变化而产生感应电动势的现象。该现象首次被法拉第发现，以电磁感应为原理的自发电装置开始陆续面世，并逐渐成为一种重要的能量收集装置。然而，目前现有的这类自发电装置中，导电线圈和磁体大多为硬质材料，且质量较重，不具有柔性及弹性，因此难以与柔性传感器件相结合。
[0004]并且，现有的基于电磁感应现象设置的柔性传感器件大多为分体式设计。例如，公开号为CN111636130A的专利提供了一种摆动电磁感应式发电柔性织物及其生产方法与应用，该专利通过在两个相对摆动部位的表面分别设置磁性纱织物和导电线圈织物，从而利用人电磁感应作用将人体摆臂/行走过程产生的机械能转化为电能。但这种方式形成的磁性织物和导电线圈织物是相互分离的，只能应用于存在相对摆动的两个不同的表面上，实际应用场景较为受限。
[0005]有鉴于此，有必要设计一种改进的磁电式自供能织物，将磁性织物和导电线圈织物合为一体，以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种磁电式自供能三层织物及其制备方法。本专利技术通过将具有弹性的磁性纤维与普通纤维编织成磁性层，并将导电纤维以圈状缝制在弹性织物表面形成弹性导电层，再按照磁性层
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弹性导电层
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磁性层的顺序组合成三层织物，通过拉伸/收缩织物使上下磁性层相互靠近/远离，使中间层的圈状导电纤维中的磁通量发生变化，从而产生感应电动势，实现柔性传感织物的自供能。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种磁电式自供能三层织物的制备方法，包括如下步骤：
[0008]S1、将经过预处理的弹性聚合物与磁性粒子按照预定的比例混合后，依次进行挤出、定型、磁化处理，得到磁性纤维；
[0009]S2、将所述磁性纤维与普通纤维编织成磁性层；
[0010]S3、将导电纤维以圈状缝制于弹性织物的表面，得到弹性导电层；
[0011]S4、将所述磁性层和所述弹性导电层按照磁性层
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弹性导电层
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磁性层的层状顺序进行组合，并使所述磁性层在无外力作用下呈弧面，得到磁电式自供能三层织物。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S3中，所述弹性织物由弹性纤维与普通纤维编
织而成。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S1中，所述弹性聚合物的预处理操作为：将弹性聚合物的粒料溶解于溶剂中；所述弹性聚合物与所述磁性粒子的质量比为80:20～20:80。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S1中，所述磁化处理为：将定型后的待磁化纤维置于1500
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3000V电压下磁化1～2000ms，得到所述磁性纤维。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S1中，所述磁性纤维的直径为1～10mm。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S2中，所述磁性层中，所述磁性纤维沿同一方向平行排列；所述磁性纤维的排列密度为1～30根/10cm。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S1中，所述弹性聚合物包括聚乙烯醇、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、聚甲基乙烯基硅氧烷、聚丙乙烯、聚烯烃和苯乙烯聚合物中的任意一种；所述磁性粒子包括钕铁硼磁粉、钕镍钴磁粉、氧化铁磁粉、二氧化铬磁粉、钴
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氧化铁磁粉中的任意一种。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S2中，所述导电纤维包括碳纤维、石墨烯纤维、碳纳米管纤维、镀银纤维、镀铜纤维、镀金纤维、镀铝纤维、镀铁纤维、铜纤维、银纤维、金纤维、铝纤维、铁纤维中的任意一种；所述普通纤维包括棉纤维、羊毛纤维、涤纶纤维和锦纶纤维中的任意一种。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S3中，所述弹性纤维包括聚氨酯纤维、乳胶纤维、橡胶纤维、聚醚酯纤维、聚烯烃纤维中的任意一种。
[0020]本专利技术还提供了一种磁电式自供能三层织物，该织物由上述技术方案中任一技术方案制备得到，由上至下依次包括第一磁性层、弹性导电层和第二磁性层；所述第一磁性层和所述第二磁性层结构一致，所述第一磁性层和所述第二磁性层中的磁性纤维的轴向垂直于所述弹性导电层的弹性伸缩方向。
[0021]本专利技术的有益效果是：
[0022]1、本专利技术提供的磁电式自供能三层织物的制备方法，通过将弹性聚合物和磁性粒子混合后制备具有弹性的磁性纤维，再将该磁性纤维和普通纤维编织成磁性层，并将导电纤维以圈状缝制在弹性织物表面形成弹性导电层，然后按照磁性层
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弹性导电层
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磁性层的顺序组合成三层织物的层状顺序进行组合，同时使磁性层在无外力作用下呈弧面，得到磁电式自供能三层织物。基于该磁电式自供能三层织物的结构，通过拉伸、收缩或拍打织物，使位于弹性导电层上下两侧的磁性层相互靠近或远离，即可使弹性导电层中的圈状导电纤维中的磁通量发生变化，从而产生感应电动势，实现柔性传感织物的自供能。
[0023]2、本专利技术一方面通过磁化处理充分增强磁性纤维的磁性，提高织物的磁感应强度；另一方面，通过合理设计磁性纤维的组成及织物结构，使具有弹性的磁性纤维与普通纤维编织成磁性层，并使磁性纤维在磁性层中沿同一方向平行排列，从而保证磁性层能够沿磁性纤维的排列方向弯曲形成弧面。在此条件下，通过拉伸、收缩、拍打等方式即可使上下两层磁性层相互靠近或远离，在外力停止后，基于磁性纤维和弹性织物自身的弹性，织物也能够快速恢复原状，该过程中上下两层磁性层的位置快速大幅变化，能够有效提高穿过圈状导电纤维的磁通量变化率，从而使本专利技术制得的磁电式自供能三层织物产生足够的电信号变化，以用于传感监测，并提高监测的敏感度。
[0024]3、本专利技术提供的磁电式自供能三层织物，通过将磁性纤维与普通纤维共同编织成
磁性层，既能够保证磁性纤维具有单一的排列方向，也能够利用普通纤维对磁性纤维的外表面进行包覆，对磁性纤维起到一定的保护作用，减缓磁性纤维的损耗，以保护磁性纤维的弹力及其磁感应强度。并且，在实际应用过程中，拉伸弹性导电层中的弹性织物即可改变上下磁性层的位置关系，不需要直接对磁性纤维进行拉伸，能够延长磁性纤维的使用寿命。
[0025]4、本专利技术提供的磁电式自供能三层织物集供电、传感于织物、服装上，利用普通纤维的柔性和磁性纤维的弹性，能够任意弯折、回弹，便于人体穿戴，且无需使用电池等外部供电设备，通过人体的动作、外力即可产生电信号，应用前景广泛。
附图说明
[0026]图1为本专利技术提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁电式自供能三层织物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将经过预处理的弹性聚合物与磁性粒子按照预定的比例混合后，依次进行挤出、定型、磁化处理，得到磁性纤维；S2、将所述磁性纤维与普通纤维编织成磁性层；S3、将导电纤维以圈状缝制于弹性织物的表面，得到弹性导电层；S4、将所述磁性层和所述弹性导电层按照磁性层
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弹性导电层
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磁性层的层状顺序进行组合，并使所述磁性层在无外力作用下呈弧面，得到磁电式自供能三层织物。2.根据权利要求1所述的磁电式自供能三层织物的制备方法，其特征在于：在步骤S3中，所述弹性织物由弹性纤维与普通纤维编织而成。3.根据权利要求1所述的磁电式自供能三层织物的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述弹性聚合物的预处理操作为：将弹性聚合物的粒料溶解于溶剂中；所述弹性聚合物与所述磁性粒子的质量比为80:20～20:80。4.根据权利要求1所述的磁电式自供能三层织物的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述磁化处理为：将定型后的待磁化纤维置于1500
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3000V电压下磁化1～2000ms，得到所述磁性纤维。5.根据权利要求1所述的磁电式自供能三层织物的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述磁性纤维的直径为1～10mm。6.根据权利要求1所述的磁电式自供能三层织物的制备方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏良君，郭健宏，王心玙，张春华，付专，宫钧耀，周思婕，徐卫林，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：