[發明專利]一種柔性納米摩擦發電機、制備方法及制成的傳感器

有效

• 申請號: 201610686049.6
• 申請日: 2016-08-18
• 公開（公告）號: CN106601329B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 朱光;范友軍;王中林
• 申請（專利權）人: 北京納米能源與系統研究所
• 主分類號: H01B1/20
• 分類號: H01B1/20;H01B1/24;H01B1/22;H01B13/00;H02N1/04
• 代理公司: 北京律和信知識產權代理事務所(普通合伙) 11446
• 代理人: 鮑曉芳;冷文燕

本發明涉及一種單結構的多孔柔性納米摩擦發電機、制備方法及制成的傳感器。所述柔性納米摩擦發電機包括柔性導電復合材料，其中，所述柔性導電復合材料為多孔結構；所述柔性導電復合材料包括柔性高分子材料和分散在柔性高分子材料中的納米導電材料；所述納米導電材料連接至等電位。本發明的柔性納米摩擦發電機、制備方法及制成的傳感器，使形成的產品結構簡單、穩定性高、耐磨損、化學性能穩定，利用復合材料內部結構實現能源轉換和對人體運動信息的探究。

技術領域

本發明主要涉及納米摩擦發電機領域，具體涉及一種新型的柔性納米摩擦發電機、制備方法及制成的傳感器。

背景技術

可穿戴的柔性電子器件一直以來都受到學術界和工業界研究人員的極大關注，并被認為是未來的下一代電子器件。這種可變形的電子器件在應用的時候有很大的自由度，因此在智能設備和傳感器領域有更廣的應用。如可拉抻電子器件在可穿戴電子、生物可移植系統、個人安全、機器人人機對接和電子皮膚等領域有著光明的應用前途。雖然之前有很多有變形能力的電子器件被廣泛地制備和研究，但可靠的輸出電源依然是目前最關鍵和重要的問題之一。

柔性可穿戴電子器件基于其新功能近年來被廣泛地關注和研究，電能供應是可穿戴電子器件面臨的最主要的問題，而傳統電磁發電機和電池大多用硬質材料制成，由于體積和質量較大，不適于為可穿戴電子器件提供電能。因此便攜、可持續的柔性供電系統成為可穿戴電子器件發展的最重要的領域。

摩擦納米發電機將摩擦起電和靜電感應相結合，能夠有效地將周圍環境中的各種機械能轉換為電能，成為最清潔的能源轉換器件，并且摩擦納米發電機結構簡單，可用于制備的材料廣泛，因此有望成為可穿戴電子器件最理想的供能設備。

傳統的摩擦納米發電機采用的多層結構，不易于被拉伸、扭轉，因此很難直接和可穿戴器件相匹配。同時為提高摩擦發電機的輸出效率，通常對摩擦層表面進行結構化處理，導致摩擦層在工作時容易被磨損，同時使得發電機難以被封裝，易受環境濕度的影響。另外，傳統的摩擦發電機的摩擦電荷主要集中于材料表面，而材料的體效應(指在反應在外力作用下材料內部形變和組分相互作用)未被利用。

因此，為解決傳統納米摩擦發電機不易于被拉伸、扭轉，難直接和可穿戴器件相匹配、摩擦層容易被磨損及體效應未被利用的問題，有必要發明一種結構簡單，抗變形能力強的新的柔性納米摩擦發電機。

發明內容

針對現有技術所存在的上述問題，本發明旨在提供一種新的柔性納米摩擦發電機、制備方法及制成的傳感器，使得該柔性摩擦納米發電機具有簡單結構和超柔性，可以適應擠壓、彎曲、拉伸、扭轉等眾多工作條件，同時通過制備多孔結構的柔性導電復合材料實現材料內微結構化，利用多孔結構的柔性導電復合材料內的微結構在外力作用下的相互作用(體效應)實現能源轉換，并作為可穿戴傳感器件探究人體及其他各種運動形式。

本發明提供一種柔性納米摩擦發電機，包括柔性導電復合材料，其中，所述柔性導電復合材料為多孔結構；所述柔性導電復合材料包括柔性高分子材料和分散在柔性高分子材料中的納米導電材料；所述納米導電材料連接至等電位。

上述的柔性納米摩擦發電機，所述孔內壁的不同材料組分組成微區分布，所述孔與孔之間的納米導電材料形成導電網絡。

上述的柔性納米摩擦發電機，所述多孔結構的柔性導電復合材料的孔徑為100μm-1mm。

上述的柔性納米摩擦發電機，所述多孔結構的柔性導電復合材料的孔隙率為10-90％。

上述的柔性納米摩擦發電機，所述多孔結構的柔性導電復合材料的孔隙率優選為65-80％。

上述的柔性納米摩擦發電機，所述納米導電材料的結構形態為導電納米粒子、導電納米纖維或導電納米線，或導電納米纖維與其他導電納米材料的組合。

上述的柔性納米摩擦發電機，所述納米導電材料為導電碳纖維、碳納米管、石墨烯或銀納米線。