[發(fā)明專利]一種可變形柔性納米發(fā)電機(jī)、制備方法及制成的傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610811664.5
• 申請(qǐng)日: 2016-09-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106655874B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賴盈至;鄧佳楠;文震;王中林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京納米能源與系統(tǒng)研究所
• 主分類號(hào): H02N1/04
• 分類號(hào): H02N1/04;H02N1/08;G01D5/12
• 代理公司: 北京律和信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11446
• 代理人: 劉國(guó)偉;項(xiàng)榮

本發(fā)明涉及一種可變形柔性納米發(fā)電機(jī)、制備方法及制成的傳感器。本發(fā)明提供的可變形柔性納米發(fā)電機(jī)，包括柔性封裝結(jié)構(gòu)和嵌入在柔性封裝結(jié)構(gòu)中的電極，其中，所述電極為由納米導(dǎo)電材料聚集形成的圖案電極；所述柔性封裝結(jié)構(gòu)采用可拉伸的彈性封裝材料。本發(fā)明的柔性納米發(fā)電機(jī)可以在雙軸方向拉伸變形，其可以附著于規(guī)則或不規(guī)則的物體表面工作。本發(fā)明的技術(shù)方案使得該柔性納米發(fā)電機(jī)可以拉抻、折疊、扭轉(zhuǎn)等變形并承受極大機(jī)械形變和損壞而繼續(xù)工作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及一種發(fā)電機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種可變形的柔性納米發(fā)電機(jī)、制備方法及制成的傳感器。

背景技術(shù)

自2012年至今，基于靜電感應(yīng)摩擦效應(yīng)的納米發(fā)電機(jī)系統(tǒng)被廣泛地研究和發(fā)展，已逐步發(fā)展出了一些高效穩(wěn)定成熟的器件和技術(shù)，為新型能量來(lái)源提供了一種新的思維和導(dǎo)向。但是由于該種發(fā)電機(jī)需要與其他材料接觸或摩擦來(lái)工作，而目前摩擦納米發(fā)電機(jī)的器件主要為剛性結(jié)構(gòu)，不可隨意彎曲、拉伸或變形。這一特點(diǎn)不可避免地對(duì)納米發(fā)電機(jī)的應(yīng)用造成了較大的局限，使其無(wú)法廣泛實(shí)施于不規(guī)則的物體之上或可穿戴領(lǐng)域等。

具有特殊變形能力，如有彈性、易折疊、可拉抻的電子元器件一直以來(lái)都受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界研究人員的極大關(guān)注，并被認(rèn)為是未來(lái)的下一代電子器件。這種可變形的電子器件在應(yīng)用的時(shí)候有很大的自由度，因此可以在智能設(shè)備和傳感器領(lǐng)域有更廣的應(yīng)用。如可拉抻電子器件可以比較均勻地覆蓋在不規(guī)則的、軟的、不固定物體甚至器官上，在可穿戴電子、生物可移植系統(tǒng)、個(gè)人安全、機(jī)器人人機(jī)對(duì)接和電子皮膚等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)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(guān)鍵和重要的問(wèn)題之一。

最近摩擦納米發(fā)電機(jī)(TENG)已經(jīng)成功展示了可以將無(wú)處不在的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能的功效。曾經(jīng)報(bào)道過(guò)用蜿蜒電極陣列和波浪結(jié)構(gòu)聚酰亞胺薄膜制作的可作一定程度彎曲及拉抻的TENG。然而該種TENG由剛性材料制備而成，限制了其拉抻特性，并且不能多次折疊或進(jìn)行復(fù)雜的形變，這將嚴(yán)重影響新型可穿戴領(lǐng)域能源材料的發(fā)展和研究。除此之外，在實(shí)際應(yīng)用中，該種納米發(fā)電機(jī)與柔性可變形器件連接在一塊，由于楊氏模量不匹配，剛性材料和柔性材料的連接處存在著粘合不穩(wěn)定的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明旨在提供可變形的柔性納米發(fā)電機(jī)、制備方法及制成的傳感器，使得該柔性納米發(fā)電機(jī)可以拉抻、彎折、扭轉(zhuǎn)并承受極大機(jī)械形變和損壞或附著在規(guī)則或不規(guī)則的物體上，并將與其他材料接觸摩擦和感應(yīng)所產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換為電能輸出。

本發(fā)明提供一種可變形柔性納米發(fā)電機(jī)，包括柔性封裝結(jié)構(gòu)和嵌入在柔性封裝結(jié)構(gòu)中的電極，其中，

所述電極為由納米導(dǎo)電材料聚集形成的圖案電極；

所述柔性封裝結(jié)構(gòu)采用可拉伸的彈性封裝材料。

優(yōu)選的，所述電極連接至地、等電位或外部的導(dǎo)電體，物體與所述柔性封裝結(jié)構(gòu)接觸分離過(guò)程中，在所述電極與地或等電位之間有電荷流動(dòng)。

優(yōu)選的，所述外部的導(dǎo)電體為人體或者銅電極。

優(yōu)選的，其特征在于，包括多個(gè)所述電極。

優(yōu)選的，多個(gè)所述電極分別連接至地、等電位或外部的導(dǎo)電體。

優(yōu)選的，多個(gè)所述電極陣列式分布。

優(yōu)選的，所述納米導(dǎo)電材料包括納米碳管、碳渣、金屬線納米或金屬顆?；蚪饘偎槠?/p>

優(yōu)選的，所述納米導(dǎo)電材料為銀納米線，所述銀納米線的直徑為100nm-10μm，長(zhǎng)度為20-50μm。

優(yōu)選的，所述柔性封裝結(jié)構(gòu)的材料包括硅橡膠、硅膠、橡膠、聚二甲基硅氧烷、環(huán)氧樹(shù)酯或Eco-flex。

優(yōu)選的，所述柔性納米發(fā)電機(jī)的厚度為500nm-1cm。