[發明專利]一種二維柔性微型發電供電系統及其制備方法

在審

• 申請號: 201711464274.6
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN109980984A
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 馮積盛
• 申請（專利權）人: 九號能源科技有限公司
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04;H02N1/06;H02J7/32
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 張瑾

本發明公開了一種二維柔性的微型發電供電系統以及制備方法。所述二維柔性微型發電供電系統包括了二維柔性微型發電電子皮膚，電能儲存組件，電源管理電路和負載，其中二維柔性微型發電電子皮膚包括了二維柔性硅橡膠，鑲嵌于二維柔性硅橡膠中部的銀納米線網絡和導電膠帶；所述制備方法主要包括二維柔性微型發電電子皮膚的制備和系統的連接。該二維柔性微型發電供電系統可以穿于人體身上，將人體皮膚和所述電子皮膚直接的摩擦靜電轉化為可繼續供電的供電來源，構成一套獨立的不需外置電源支持的微型發電供電系統。

技術領域

本發明涉及一種二維柔性，可在反復拉伸扭曲折疊下正常工作的電子皮膚及由其構成的一套微型發電供電系統，及其這種二維柔性電子皮膚和該套微型發電供電系統的制備方法。

背景技術

不同的材料表面具有不同的電子親和能。當兩種具備不同電子親和能的材料相互接觸時，由于兩者約束電子的能力不同，電子發生轉移，使兩者帶上等量的異種電荷。而人體在移動特別是激烈運動的時候，摩擦產生的電能是非常可觀的。然而如何有效快速的將這種電能捕獲，轉移，儲存并加以利用，一直是一個受到強烈關注而又缺少有效和高效解決方法的課題。

發明內容

本發明的目的是制備一種二維柔性的，可以承受反復拉伸，扭曲，折疊，且不影響正常工作的，能夠將摩擦產生的電能及時捕獲，轉移并儲存起來以給負載持續供電的微型發電供電系統及其制備方法。

這種二維柔性微型發電供電系統一共包括了四部分：二維柔性微型發電電子皮膚，電能儲存組件，電源管理電路及電性相連的外部負載。所有四部分是電性連接的。其中所述二維柔性微型發電電子皮膚包括二維柔性硅橡膠，位于二維柔性硅橡膠中部的銀納米線網絡，導電膠帶；所述電能儲存組件為電容器；所述負載為發光二極管。其中最為關鍵的是二維柔性微型發電電子皮膚，它在橫行和豎向兩個方向上最大可以拉伸至原有長度的3倍，可以折疊及扭曲，同時還能正常工作。其中主要的原因在于：第一，所述電子皮膚的主體由超柔性硅膠構成；第二，所述銀納米線網絡中銀納米線相互交纏，具備在嚴重形變下保持靜電感應和電子輸送的能力。所述二維柔性硅橡膠的厚度為2毫米；所述銀納米線網絡的厚度為5微米；其中銀納米線網絡中銀納米線的直徑為100納米，長度為200微米。

制備上述二維柔性微型發電供電系統，首先要制備其中最為關鍵的二維柔性微型發電電子皮膚。所述二維柔性微型發電電子皮膚包括了一個三文治夾層結構的硅膠-銀納米線網絡-硅膠結構。先在一個正方形的聚丙烯酸酯平板清洗干凈，在上面貼上膠布，將平板邊緣部分用膠布貼上，形成一個正方形框架；將比重為0.1％的銀納米線混合液逐滴滴加到這個正方形框架所限定的中心部位，輕輕擊打聚丙烯酸酯平板邊緣使銀納米線混合液分布均勻，然后在35攝氏度的烘箱中干燥后，移除聚丙烯酸酯平板邊緣的膠帶，并使用新的膠帶將聚丙烯酸酯的側面包圍起來；將超柔性硅膠的A劑和B劑以1:1的重量比混合均勻后，倒入帶有銀納米線網絡的聚丙烯酸酯平板上面，厚度為1毫米，輕敲聚丙烯酸酯側面，趕除硅膠混合液中的微小氣泡，保證銀納米線網絡完全浸沒其中，然后在室溫下讓超柔性硅膠交聯固化，時間為5小時；然后移除包覆在聚丙烯酸酯平板側面的膠帶，輕輕將固化后的超柔性硅膠連同鑲嵌其中的銀納米線網絡一起從聚丙烯酸酯平板上剝離下來，這樣就得到了一層超柔性硅膠以及相連鑲嵌在一個表面的銀納米線網絡層。接著，將所得超柔性硅膠連同銀納米線網絡翻轉過來，取一條導電膠帶并用銀膠將其與銀納米線網絡相連接，再用膠帶將硅膠側面包圍起來；將超柔性硅膠的A劑和B劑以1:1的重量比混合均勻后，倒入上述硅膠的帶有銀納米線網絡的那一面上面，厚度同樣為1毫米，輕敲聚丙烯酸酯側面，趕除硅膠混合液中的微小氣泡，保證銀納米線網絡完全浸沒其中，然后在室溫下讓超柔性硅膠交聯固化，時間為5小時；移除硅膠側面包覆的膠帶，最終得到三文治夾層結構的二維柔性微型發電電子皮膚。最后，將所述二維柔性微型發電電子皮膚與所述電能儲存組件，電源管理電路以及負載電性連接，共同構成一套二維柔軟微型發電供電系統。