[發明專利]一種可拉伸自供電系統、制備方法及可穿戴設備

在審

• 申請號: 201710405510.0
• 申請日: 2017-06-01
• 公開（公告）號: CN107134943A
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 文震;孫旭輝;周昌杰;孫娜
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04;H02J7/34;H01G11/26;H01G11/52
• 代理公司: 北京智匯東方知識產權代理事務所(普通合伙)11391
• 代理人: 康正德,薛峰

本發明提供了一種基于可折疊碳紙的可拉伸自供電系統，包括：可拉伸摩擦納米發電機，其包括硅橡膠和第一碳紙電極，所述第一碳紙電極設置成被密封在所述硅橡膠內；可拉伸超級電容器，其設置成被密封在所述硅橡膠內，并與所述第一碳紙間隔開設置，其構造成在外界的拉伸力、彎折力和/或扭力下能夠發生變形，并在所述拉伸力、彎折力和/或扭力消失時基本上恢復原狀；和整流橋，用于將所述可拉伸摩擦納米發電機輸出的交流電信號轉化為直流電信號，并將所述直流電信號輸出給所述可拉伸固態超級電容器。將摩擦納米發電機和超級電容器封裝成一個整體，不僅能夠極大縮小器件的尺寸，還能夠具有非常好的可拉伸性能和收集摩擦納米發電機發出的電能的性能。

技術領域

本發明涉及柔性電子器件領域，特別是涉及一種可拉伸自供電系統、制備方法及可穿戴設備。

背景技術

隨著社會的進步和人們生活水平的提高，柔性電子器件和智能可穿戴產品受到了越來越多的關注。人工電子皮膚、柔性觸摸顯示屏、智能手表、健康和運動監測產品等出現在人們的工作和生活中。這些柔性電子器件需要有配套的電池才能夠正常工作，而目前的電池不僅不具備自充電功能，而且續航時間短，這大大限制了柔性電子器件的實際應用效果。

目前最廣泛的應用是將光伏太陽能電池模塊和超級電容器或鋰離子電池等結合，使得能量收集器件和高能量的存儲設備直接集成應用到可穿戴電子系統中。然而，太陽能電池的工作條件取決于天氣情況和晝夜交替等外界因素，因此，太陽能電池在長時間持續供電方面有很大的局限性。

摩擦納米發電機的誕生為這些問題提供了有效的解決途徑。它通過收集人體不規則運動產生的機械能并將其轉化為電能，可以實現隨時隨地為柔性電子器件供能?，F有的用于為柔性電子器件供電的柔性摩擦納米發電機例如可以包括以下幾種：以柔性鋁箔和PDMS膜構筑拱形接觸分離式摩擦納米發電機；用鍍有ITO電極的PET膜作為襯底，FEP膜放在最上層作為摩擦材料與外部物體接觸；以白紙和PTFE構成一種超薄的接觸分離式可卷曲紙基摩擦納米發電機等。但這些器件只能滿足二維平面內的柔性，很難適用于可穿戴系統中。

人體活動中最頻繁的部位是關節彎曲、伸縮以及腰身旋轉等，因此，探究出一種拉伸、彎折、扭曲等性能較好的可拉伸摩擦納米發電機具有非常重要的意義。然而，人體活動中最頻繁的部位的運動是不規則的，所以轉化為摩擦納米發電機的輸出也是不穩定的峰值交流的輸出，無法直接為柔性電子器件進行供電，因此，還需要結合一種能夠轉化并存儲摩擦納米發電機的電能的儲能裝置，形成發電和儲能一體化的系統。

發明內容

本發明的發明人發現，柔性電子器件例如可穿戴電子設備可能會處于有水的狀態以及被彎折的狀態，而現有的柔性自動供電系統中，在未進行封裝之前，是不能夠處于有水的狀態的。并且自動供電系統中，即便存在柔性的超級電容器，其也是不能夠防水的，并且可變形性較差。

本發明的目的是滿足現在對于便攜式可穿戴電子設備的供電需求。為了滿足現在社會的需求，例如可穿戴顯示器、電子皮膚和分散式傳感器這樣的柔性集成的便攜式可穿戴設備快速發展。所以這些設備的電源同樣需要滿足柔性、可穿戴、輕便等要求。

本發明的一個進一步的目的是要提供一種可水洗、可變形的自供電系統，以實現柔性電子器件的推廣應用。

本發明提供了一種基于可折疊碳紙的可拉伸自供電系統，包括：

可拉伸摩擦納米發電機，其包括硅橡膠和第一碳紙電極，所述第一碳紙電極設置成被密封在所述硅橡膠內；

可拉伸超級電容器，其設置成被密封在所述硅橡膠內，并與所述第一碳紙間隔開設置，其構造成在外界的拉伸力、彎折力和/或扭力下能夠發生變形，并在所述拉伸力、彎折力和/或扭力消失時基本上恢復原狀；和

整流橋，用于將所述可拉伸摩擦納米發電機輸出的交流電信號轉化為直流電信號，并將所述直流電信號輸出給所述可拉伸固態超級電容器。