[發明專利]一種基于纖維滑動的摩擦納米發電機及其制備方法

有效

• 申請號: 202011343831.0
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112583297B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 簡剛;楊寧;孟慶臻;邵輝
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04;D04C1/02;D04C1/06;D02G3/44;D06M15/643;D06M11/83;D06M101/40
• 代理公司: 北京鵬帆慧博知識產權代理有限公司 11903
• 代理人: 祝遼原

本發明涉及發電機領域，公開了一種基于纖維滑動的摩擦納米發電機及其制備方法。所述的織物摩擦電旗幟的結構包括：主TENG和副TENG，通過電荷激勵的方法，使副TENG所產生的電荷傳遞給主TENG獲得高功率密度。本發明通過選取直徑小、質量輕的纖維作為摩擦電旗幟的紡織材料，不僅有效的增加了摩擦材料的接觸面積，還使摩擦電旗幟在風力的作用下最大限度的拉伸與摩擦。本發明的有益效果為，所述的發電機在各種彎曲、扭轉和拉伸力的作用下，仍然可以保持其固有的性能，本發明結合了電荷激勵措施，通過設置一個激勵單元，以有效提高發電性能。在同樣的面積和風力的條件下，所產生的最大電壓和電流分別約為160V和90μA，且電流與電壓值較穩定，使得其有廣泛的應用領域。

技術領域

本發明屬于摩擦納米發電機(Triboelectric Nanogenerator,TENG)領域，具體涉及一種基于纖維滑動的摩擦納米發電機及其制備方法。

背景技術

織物摩擦納米發電機是以織物為主要摩擦材料，通過編織的方式制作成器件，具有原料成本低、柔性、透氣、可拉伸、應用于可穿戴電子等優點。

摩擦納米發電機通過摩擦起電效應，將兩種不同的電極材料之間發生摩擦使其產生電勢差，外部的電路為了達到電勢的平衡，則會發生電子的流動轉移。摩擦納米發電機在結構方面包括滑動式摩擦納米發電機、接觸-分離式摩擦納米發電機、單電極式摩擦納米發電機、感應式摩擦納米發電機等。織物摩擦納米發電機是以織物為主要摩擦材料，通過編織的方式制作成器件。目前，與本發明最相近的技術是使用兩種不同片狀材料接觸-分離式的結構，通過高空中的氣流來驅動發電裝置。

文獻(Z.Zhao,et al,ACS Nano,2016,10,2,1780-1787)報道了一種摩擦電旗幟，但采用的是傳統的接觸分離式模式，通過對具有正、負兩種極性的摩擦材料進行摩擦或接觸與分離產生電荷轉移，進而產生電流，由于所有編織單元堆疊的振動不處于共振狀態，因此電壓和電流有較大的變化。在面積為20cm×30cm，風速為22m/s的條件下，最大電壓和電流分別約為40V和30μA，在有效利用旗幟纖維彼此的摩擦作用采集風能方面沒有體現出優勢，此外，其電輸出較低，發電性能有待提高。本發明采用纖維絲之間的滑動摩擦進行發電，更大的增加了材料的摩擦面積，能夠顯著的提高摩擦納米發電機的性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于纖維滑動的摩擦納米發電機，通過纖維滑動摩擦高效地收集自然界中的風能，將其轉化纖維滑動摩擦的機械能，最終轉換為摩擦納米發電機的電能。

本發明公開的一種基于纖維滑動的摩擦納米發電機，包括主TENG，其為由正極纖維與負極纖維紡織而成的布狀裝置，所述正極纖維是在正極導電碳纖維的表面包裹絕緣樹脂薄膜，所述負極纖維是在正極纖維的基礎上再鍍一層導電金屬，正極導電碳纖維與負極纖維的負極導電碳纖維的一端分別連接在負載上，正極導電碳纖維的另一端連與負極纖維的導電金屬鍍層連接。

優選的，還包括導電整流器，所述整流器的正極與正極導電碳纖維的一端連接，所述整流器的負極與導電金屬連接。

優選的，還包括副TENG，其由鍍有金屬的導電紡織線和包裹絕緣樹脂的碳纖維編織而成，其中鍍有金屬的導電紡織線作為正極，包裹絕緣樹脂的碳纖維作為負極，分別連接在整流器上，副TENG材料之間發生摩擦所產生的電荷供向主TENG，通過電荷激勵的方法提高發電裝置的電荷密度。

優選的，所述主TENG布面積為副TENG布面積的2～5倍。

優選的，所述鍍有金屬的導電紡織線中的金屬為鋁、銅或銀中的任一種或其組合。

優選的，所述絕緣樹脂為聚二甲基硅氧烷。

優選的，所述負極纖維表面鍍的金屬為單質銀，厚度為200～300nm。

優選的，所述鍍有金屬的導電紡織線的基材為棉線。