[發明專利]可降解納米序列關節彎曲能量收集器件

在審

• 申請號: 201711046033.X
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107706301A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 朱建雄;朱婭莉;朱甜;賈璐宇
• 申請（專利權）人: 深圳市柔緯聯科技有限公司
• 主分類號: H01L41/193
• 分類號: H01L41/193;H01L41/113;H01L41/047
• 代理公司: 杭州知瑞知識產權代理有限公司33271
• 代理人: 歐陽海燕

技術領域

本發明涉及可穿戴納米材料發電技術領域，具體涉及可降解納米序列關節彎曲能量收集器件。

背景技術

能源是人類基本生存的條件之一，若通過一種方式將自然界的機械能轉化為電能加以轉化利用，會在能源轉化方面具有重大的實際應用價值。此外，在生物領域，人體傳感器以及生物體內的微能源獲取也是一項重要的研究課題。如果可利用人行走過程中的關節發電為可穿戴人體傳感器供電或者為生物細胞供電或者激勵，則是具有廣泛的社會應用價值。

常用的能量收集原理有：電磁式、電容式、摩擦發電以及駐極體發電。大部分能量收集器件很難滿足人體生物、可穿戴需求以及節能環保需求，PLLA這種新興的高分子聚合物材料在經加工處理后，具有明顯的壓電效應，此外其材料可降解對環境無污染，頻響寬，動態范圍大，力電轉換靈敏度高以及機械性能強度高等特點從而導致可在生物醫療及可穿戴發電領域廣泛使用。另外由于納米技術的飛速發展，納米線因其尺寸效應相對于宏觀物質具有高靈敏性，且可通過靜電紡絲的方式大批量生產我們需要的PLLA納米線序列。

常見發電主要依據與壓電原理、溫差原理發電、電磁原理發電，但其缺點是很難滿足人體生物、可穿戴需求以及節能環保需求。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的缺陷和不足，提供一種能夠滿足人體生物、可穿戴需求以及節能環保需求的可降解納米序列關節彎曲能量收集器件。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：它包含左側導線連接端子、柔性可彎曲基底、左側PLLA納米序列、左側叉指電極、右側叉指電極、右側PLLA納米序列、右側導線連接輸出端子；所述的柔性可彎曲基底上并列設置有左側PLLA納米序列和右側PLLA納米序列，左側PLLA納米序列和右側PLLA納米序列的內側分別連接有左側叉指電極和右側叉指電極，左側PLLA納米序列和右側PLLA納米序列的外側分別連接有左側導線連接端子和右側導線連接輸出端子；所述的左側叉指電極與右側叉指電極交替設置。

作為優選，所述的柔性可彎曲基底具有韌性且極易嵌入到可穿戴衣服或者人體關節，從而方便工藝制備，且質量輕、抗沖擊性能好。

作為優選，所述的左側導線連接端子與右側導線連接輸出端子是電流電壓信號輸出端口，其產生的電荷信號可通過該端口輸出。

作為優選，所述的左側叉指電極與右側叉指電極采用導電金屬材料和MEMS工藝制備或者激光切割方式制備掩膜版，作為電極輸出交替的瞬態電流；叉指數量起作用于成倍增加輸出電流信號。

作為優選，所述的左側PLLA納米序列和右側PLLA納米序列增大壓電輸出信號。

作為優選，所述的左側PLLA納米序列和右側PLLA納米序列采用靜電方式制備，產生有序的納米線序列，且能保證壓電方向的一致性。

作為優選，所述的左側PLLA納米序列和右側PLLA納米序列上分布有若干個納米線柱。

本發明的工作原理為：安裝固定在人體關節上，隨著人體關節運動，嵌入在左側叉指電極與右側叉指電極上的壓電PLLA納米線序列會隨人體關節的彎曲而運動，壓電材料PLLA納米線會交替產生瞬間電荷，其產生的電荷會經過左右叉指電極輸出被探測，其輸出的瞬態電信號可被人體傳感器利用或者被儲存。

采用上述結構后，本發明產生的有益效果為：

1、充分利用人體關節運動過程中機械能轉化為電能，解決用于人體可穿戴相關智能傳感器長期供電問題的能量收集，當用人體行走關節運動時，可實現人體運動能到電能的有效轉換，可用于人體可穿戴傳感器件的持續供電；

2、由于叉指電極的方式，可以使壓電方式的單根納米線輸出電荷極大增加，從而可極大提高器件的靈敏度；還可作為單電極輸出方式進行關節彎曲能量收集，測試發現單電極能量收集效率大大高于雙電極能量收集方式；

3、壓電可降解材料的可穿戴發電，發出的電壓及電流相比傳統原理高，更便于人體傳感器使用。

附圖說明

圖1是本發明的結構圖；

圖2是本發明左側PLLA納米序列和右側PLLA納米序列的結構圖；

圖3是本發明電流輸出曲線圖；

圖4是本發明電壓輸出曲線圖。

附圖標記說明：

左側導線連接端子1、柔性可彎曲基底2、左側PLLA納米序列3、左側叉指電極4、右側叉指電極5、右側PLLA納米序列6、右側導線連接輸出端子7。

具體實施方式