[發(fā)明專利]基于摩擦納米發(fā)電機(jī)的發(fā)電布料、可穿戴裝置、傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711061294.9
• 申請日: 2017-11-01
• 公開（公告）號: CN109750403B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫其君;周桃;張馳;于愛芳;李從舉;王中林
• 申請（專利權(quán)）人: 北京納米能源與系統(tǒng)研究所
• 主分類號: D03D1/00
• 分類號: D03D1/00;D03D15/47;D03D15/533;D03D15/56;D03D15/58;G01D5/14
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發(fā)明公開了一種基于摩擦納米發(fā)電機(jī)的發(fā)電布料、可穿戴裝置、傳感器。其中，該發(fā)電布料包括：第一摩擦線，第二摩擦線，以及彈性軸線，該第一摩擦線和第二摩擦線沿著彈性軸線編織起來；其中，該發(fā)電布料的第一摩擦線和第二摩擦線接觸的部分具有不同的摩擦電極序；該彈性軸線進(jìn)行彈性拉伸，第一摩擦線與第二摩擦線相互分離；彈性軸線實(shí)現(xiàn)彈性恢復(fù)，帶動第一摩擦線與第二摩擦線相互接觸。該發(fā)電布料具有高彈性和較好的柔韌性，能夠自供電，將各種機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能輸出，提高用戶體驗(yàn)，在一定程度上減少能量浪費(fèi)，從而改善環(huán)境污染問題，穿戴舒適度高、透氣性好、方便清洗，且制備工藝簡單、選材廣泛、成本低、可工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于能量轉(zhuǎn)化領(lǐng)域，涉及一種基于摩擦納米發(fā)電機(jī)的發(fā)電布料、可穿戴裝置、傳感器。

背景技術(shù)

近年來，越來越多的可穿戴電子產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入市場，它們正在悄悄的改變著人們的生活方式，同時也創(chuàng)造了相當(dāng)可觀的市場價值。然而，隨著可穿戴電子產(chǎn)品的數(shù)量與種類不斷增加，其缺點(diǎn)也越來越明顯，制約可穿戴技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題之一在于其使用壽命和待機(jī)時間。目前可穿戴電子產(chǎn)品都是使用可充電電池供電，而由于這些電子產(chǎn)品的尺寸通常都很小，因而只能使用非常小的電池系統(tǒng)，而其強(qiáng)大的功能使得耗電量也會非常大，這就意味著目前的可穿戴設(shè)備在續(xù)航能力上有很大的不足，一旦電量耗盡就無法止常使用，需要進(jìn)行反復(fù)地充放電，這不但會影響用戶的使用體驗(yàn)，也極大地縮減了其使用壽命。

自從摩擦納米發(fā)電機(jī)和自供能系統(tǒng)的概念被提出之后，將人體運(yùn)動過程中的各種機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能成為可能。目前，人們已陸續(xù)發(fā)明了各種各樣的可穿戴式摩擦納米發(fā)電機(jī)，但是這些發(fā)電機(jī)大都是選擇鋁、銅、金、銀等金屬材料或碳纖維、碳納米管等導(dǎo)電材料作為電極，使用聚合物薄膜作為摩擦材料，這使得它們不能夠進(jìn)行清洗、不透氣，并且不能很好地與衣物融為一體，缺乏實(shí)際應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

本公開提供了一種基于摩擦納米發(fā)電機(jī)的發(fā)電布料、可穿戴裝置、傳感器，以至少部分解決以上所提出的技術(shù)問題。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本公開的一個方面，提供了一種基于摩擦納米發(fā)電機(jī)的發(fā)電布料，包括：第一摩擦線，第二摩擦線，以及彈性軸線，該第一摩擦線和第二摩擦線沿著彈性軸線編織起來；其中，該發(fā)電布料的第一摩擦線和第二摩擦線接觸的部分具有不同的摩擦電極序；該彈性軸線進(jìn)行彈性拉伸，第一摩擦線與第二摩擦線相互分離；彈性軸線實(shí)現(xiàn)彈性恢復(fù)，帶動第一摩擦線與第二摩擦線相互接觸。

在本公開的一些實(shí)施例中，第一摩擦線與第二摩擦線包括多行，互相交錯編織；第一摩擦線為一根連續(xù)結(jié)構(gòu)，第二摩擦線也為一根連續(xù)結(jié)構(gòu)；或者第一摩擦線和第二摩擦線各自的每行為一根連續(xù)結(jié)構(gòu)，各行之間通過電連接實(shí)現(xiàn)電路連續(xù)。

在本公開的一些實(shí)施例中，第一摩擦線和第二摩擦線的材料為摩擦電極序不同的包芯線或者其中一個的材料為導(dǎo)電纖維材料，另一個的材料為包芯線。

在本公開的一些實(shí)施例中，包芯線的結(jié)構(gòu)包括：導(dǎo)電芯層和包裹于導(dǎo)電芯層之外的絕緣層；其中，導(dǎo)電芯層由導(dǎo)電纖維材料制備，導(dǎo)電纖維材料包括：銀纖維、碳纖維、石墨烯纖維或碳納米管纖維；絕緣層由絕緣材料制備，絕緣材料包括：紡織纖維材料或有機(jī)高分子材料；紡織纖維材料包括：棉、羊毛、尼龍、滌綸、錦綸或氨綸；有機(jī)高分子材料，包括：PTFE、PDMS、硅膠、PA6、PET或PVDF。

在本公開的一些實(shí)施例中，包芯線是通過編織機(jī)將紡織纖維材料包裹到導(dǎo)電纖維材料表面制備而成；或者利用浸漬法、靜電紡絲法或靜電吸附將有機(jī)高分子材料包裹到導(dǎo)電纖維材料表面制備而成。

在本公開的一些實(shí)施例中，在包芯線的表面以電荷注入的方式增加該包芯線的表面帶電量，電荷注入的方式包括：高壓電暈充電法、離子槍電荷注入法或高溫高壓極化法。

在本公開的一些實(shí)施例中，彈性軸線選用的材料為彈性紡織材料，包括：橡膠纖維、PU纖維或硅膠纖維。