【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高性能泡沫基的能量收集和可穿戴运动传感器件，属于能源收集领域。
技术介绍
1、随着社会生活的快速发展，有限的化石燃料不断消耗，能源危机日趋严重，已经成为人们关注的热点问题。作为创新型能量转换装置的摩擦纳米发电机(teng)可以将人体运动和物体振动等机械能有效地转化为电能，有望逐渐替代化石能源和调节能源结构。同时，随着人们生活水平的不断提高，大家越来越关心自身的健康状况，能够持续监测人体健康状况的可穿戴传感器越来越受欢迎。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是：提出一种高性能泡沫基的多功能电子器件，通过在tpu的介电摩擦电层中引入mwcnts的导电网络，制备了一种由多壁碳纳米管和热塑性聚氨酯组成的具有三维多孔结构的新型导电泡沫材料，通过组装便可得到高性能泡沫基的多功能电子器件。该多功能电子器件可作为发电器件或传感器件。作为单电极teng用于收集生活中的机械能并将其转换为电能，该发电器件可获得voc＝400v的开路电压和isc＝16μa的短路电流；将这种导电泡沫材料应用于应变传感器时可提供～150％的工作范围和10的灵敏度。相较于薄膜类材料，该导电泡沫材料还具有透气和形状自适应好等优点，显示其可广泛应用于可穿戴电子器件的制备。该传感器不仅可以检测大幅度的人体运动(腕关节、肘关节和手指的运动)，还能够捕获人类细微的生理信号(声带振动和脉搏跳动)。同时该器件具有出色的循环稳定性和机械稳定性。
2、为了解决本专利技术的技术问题，提出的技术方案为：一种高性
3、优选的，所述的三维多孔结构的导电泡沫材料的制备方法如下：
4、(1)称取tpu颗粒置于烧杯中，缓慢滴加dmf溶剂，将用玻璃培养皿封口的烧杯置于80℃下搅拌反应3.5h，得到质量分数20％的tpu和dmf混合溶液；
5、(2)tpu、dmf、mwcnts和nacl混合浆料的制备
6、称取步骤(1)中tpu和dmf混合溶液置于烧杯中，按20wt％mwcnt/tpu的质量比加入mwcnts到tpu和dmf混合溶液中，在80℃、700rpm下搅拌均匀混合，向烧杯加入nacl，用作模板，得到tpu、dmf、mwcnts和nacl的混合浆料；
7、(3)tpu/mwcnts导电泡沫材料的制备
8、将tpu、dmf、mwcnts和nacl混合浆料转移至载玻片上，将其置于烘箱中用以蒸发溶剂dmf，然后在水的冲洗和浸泡下将nacl模板溶解，干燥后得到由tpu和mwcnts组成的固体型复合三维多孔结构的导电泡沫材料，tpu/mwcnts复合膜中mwcnts的掺杂比为20wt％，即tpu/mwcnts tpu/mwcnts导电泡沫材料中mwcnts的掺杂比为20wt％，即tpu/mwcnts导电泡沫材料中mwcnt/tpu的质量比为20wt％。
9、优选的，所述的三维多孔结构的导电泡沫材料的制备方法如下：
10、(1)称取tpu颗粒2g置于烧杯250ml中，缓慢滴加dmf溶剂8g，将用玻璃培养皿封口的烧杯置于80℃下搅拌反应3.5h，得到20％质量分数的tpu和dmf混合溶液；
11、(2)tpu、dmf、mwcnts和nacl混合浆料的制备
12、称取步骤(1)中tpu和dmf混合溶液10g置于烧杯250ml中，按20wt％mwcnt/tpu的质量比加入mwcnts到tpu和dmf混合溶液中，在80℃、700rpm下搅拌6h均匀混合，6小时后，向烧杯加入nacl 25g，用作模板，得到tpu、dmf、mwcnts和nacl的混合浆料；
13、(3)tpu/mwcnts导电泡沫材料的制备
14、将不同掺杂比例的tpu、dmf、mwcnts和nacl混合浆料转移至载玻片(25.4×76.2mm2)上，将其置于80℃的烘箱中3h用以蒸发溶剂dmf，然后在水的冲洗和浸泡下将nacl模板溶解，干燥后得到由tpu和mwcnts组成的固体型复合导电泡沫材料；
15、将tpu/mwcnts导电泡沫材料剪成所需的尺寸和形状。
16、优选的，所述多功能电子器件可作为发电器件，将三维多孔结构的导电泡沫材料tpu/mwcnts粘贴在铜箔上作为摩擦电层，尺寸为30×30mm2，最后将聚四氟乙烯ptfe被用作的摩擦电材料与tpu/mwcnts薄膜组成摩擦电对，形成单电极模式下工作的摩擦纳米发电机器件。
17、优选的，将铜双面胶带粘在三维多孔结构的导电泡沫材料尺寸为5×30mm2的两端，并连接到铜箔上作为电极，同时保持两个电极之间的距离为30mm，作为传感器件使用。
18、优选的，作为单电极teng用于收集生活中的机械能并将其转换为电能，发电器件可获得voc＝400v的开路电压和isc＝16μa的短路电流；在50mω负载时功率密度可达到pd＝96.8μw cm-2；可作为电源直接点亮发光二极管，而且可通过连接整流器后间接为计算器供电；
19、将所述导电泡沫材料应用于应变传感器时可提供～150％的工作范围和gf＝10的灵敏度；
20、相较于薄膜类材料，该导电泡沫材料还具有透气和形状自适应好，显示其可广泛应用于可穿戴电子器件的制备，所述传感器不仅可以检测大幅度的人体运动(腕关节、肘关节和手指的运动)，还能够捕获人类细微的生理信号(声带振动和脉搏跳动)。
21、优选的，所述的多功能电子器件作为一种可穿戴的多功能电子器件可在个人健康管理、自供电传感、人机交互方面应用。
22、有益效果
23、本专利技术制备的高性能泡沫基的多功能电子器件不仅可以作为电源驱动便携式电子器件，还可用作传感器监测人体运动状态。
24、mwcnt/tpu的质量比为20wt％掺杂比的导电泡沫材料制备的单电极摩擦纳米发电机性能最优，同时掺杂量为20wt％的tpu/mwcnts导电泡沫材料制备泡沫基的应变传感器性能最佳，20wt％导电泡沫材料可以对小应变产生较为明显的响应。
25、作为单电极teng用于收集生活中的机械能并将其转换为电能，发电器件可获得voc＝400v的开路电压和isc＝16μa的短路电流；在50mω负载时功率密度可达到pd＝96.8μwcm-2；可作为电源直接点亮发光二极管，而且可通过连接整流器后间接为计算器供电；
26、本专利技术的器件的voc和isc在一个月的稳定性测试中几乎没有发生变化，输出性能仍旧和一个月前的优本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高性能泡沫基的多功能电子器件，其特征在于：通过在TPU的介电摩擦电层中引入MWCNTs的导电网络，制备由多壁碳纳米管MWCNTs和热塑性聚氨酯TPU组成的具有三维多孔结构的导电泡沫材料，所述导电泡沫材料用于制备高性能泡沫基的多功能电子器件，所述多功能电子器件作为发电器件或传感器件使用；TPU/MWCNTs导电泡沫材料中MWCNTs的掺杂比为20wt％，即TPU/MWCNTs导电泡沫材料中MWCNT/TPU的质量比为20wt％。
2.根据权利要求1所述的高性能泡沫基的多功能电子器件，其特征在于：所述的三维多孔结构的导电泡沫材料的制备方法如下：
3.根据权利要求1高性能泡沫基的多功能电子器件，其特征在于：所述的三维多孔结构的导电泡沫材料的制备方法如下：
4.根据权利要求1高性能泡沫基的多功能电子器件，其特征在于：所述多功能电子器件可作为发电器件，将三维多孔结构的导电泡沫材料TPU/MWCNTs粘贴在铜箔上作为摩擦电层，尺寸为30×30mm2，最后将聚四氟乙烯PTFE被用作的摩擦电材料与TPU/MWCNTs薄膜组成摩擦电对，形成单电极模式下工
5.根据权利要求1高性能泡沫基的多功能电子器件，其特征在于：将铜双面胶带粘在三维多孔结构的导电泡沫材料尺寸为5×30mm2的两端，并连接到铜箔上作为电极，同时保持两个电极之间的距离为30mm，作为传感器件使用。
6.根据权利要求1高性能泡沫基的多功能电子器件，其特征在于：
7.根据权利要求1高性能泡沫基的多功能电子器件，其特征在于：所述的多功能电子器件作为一种可穿戴的多功能电子器件可在个人健康管理、自供电传感、人机交互方面应用。
...【技术特征摘要】
1.一种高性能泡沫基的多功能电子器件，其特征在于：通过在tpu的介电摩擦电层中引入mwcnts的导电网络，制备由多壁碳纳米管mwcnts和热塑性聚氨酯tpu组成的具有三维多孔结构的导电泡沫材料，所述导电泡沫材料用于制备高性能泡沫基的多功能电子器件，所述多功能电子器件作为发电器件或传感器件使用；tpu/mwcnts导电泡沫材料中mwcnts的掺杂比为20wt％，即tpu/mwcnts导电泡沫材料中mwcnt/tpu的质量比为20wt％。
2.根据权利要求1所述的高性能泡沫基的多功能电子器件，其特征在于：所述的三维多孔结构的导电泡沫材料的制备方法如下：
3.根据权利要求1高性能泡沫基的多功能电子器件，其特征在于：所述的三维多孔结构的导电泡沫材料的制备方法如下：
4.根据权利要求1高性能泡沫基的多功能电子...
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