[發明專利]一種基于相變材料的儲熱調溫摩擦納米發電機及其制備方法

有效

• 申請號: 202011546164.6
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112600458B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 曹瑞瑞;王新;賈小永;牛喜玲
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04;D04H13/00;D04H1/4382;D04H1/728;D01D5/00;D01D5/34
• 代理公司: 北京中睿智恒知識產權代理事務所(普通合伙) 16025
• 代理人: 鄧大為

本發明公開了一種基于相變材料的儲熱調溫摩擦納米發電機及其制備方法，所述儲熱調溫摩擦納米發電機通過同軸靜電紡絲技術構建，包括分別以高分子聚合物材料、相變材料為皮材和芯材的皮芯納米纖維膜以及作為靜電紡絲接收襯底的導電彈性織物上下兩層結構。本發明通過摩擦電材料和相變材料的聯合操作，有效回收和利用環境中被浪費的機械能、環境熱能、摩擦產生的熱能，在優化摩擦納米發電機性能和提高能源利用率的同時，賦予其儲熱、調溫、控溫的高效熱管理能力，從而提高發電器件的耐久性、可靠性和舒適度。

技術領域

本發明屬于摩擦納米發電機領域，特別是涉及一種基于相變材料的儲熱調溫摩擦納米發電機及其制備方法。

背景技術

摩擦納米發電機能夠高效地將不規則的低頻機械能轉化為電能，一經問世，便在納米能源領域引起了強烈關注，特別是在可穿戴電源、自供電傳感和電子皮膚等領域具有廣泛的應用前景。然而，摩擦納米發電機在運轉中無法避免摩擦生熱而導致的能量損失，極大影響摩擦納米發電機的電學輸出、耐久性和可靠性。相關研究(Adv. Mater. Technol. 3(2018) 1800166, Smart Mater. Struct. 25 (2016) 125007, Nano Energy 39 (2017)524-531, ACS Energy Lett. 4 (2019) 2069-2074)證實：通過引入熱電發電機收集摩擦納米發電機運轉中摩擦產生的熱能，能夠提高發電器件的整體電學輸出。然而，引入熱電發電機將導致器件結構復雜、制備工藝繁瑣、成本升高且不具備可穿戴特性；并且仍然無法消除摩擦生熱導致溫度上升對器件耐久性和可靠性產生的負面影響。

相變材料作為一種熱能儲存材料，能夠以潛熱的形式吸收并儲存大量的熱，而自身溫度幾乎不變，具有調溫、控溫、儲能、節能四大突出特點；此外，相變材料還具有無色、無味、無毒、價廉等優點，廣泛地應用于飲食起居、通訊電力、航空航天、軍事等領域，被認為是未來最有發展潛力的材料之一。如何消除摩擦生熱導致溫度上升對器件耐久性和可靠性產生的負面影響，主要涉及到器件的散熱問題。目前的研究(Nat. Commun. 11 (2020) 3530，Science 364 (2019) 760-763, Nat. Sustain. 2 (2019) 718-724)主要通過增加熱輻射的方式將積累的熱量耗散出去，無法實時精準地調控器件自身和應用場所的微環境。若將相變材料應用到摩擦納米發電機中，通過摩擦電材料和相變材料的聯合操作，能夠有效回收和利用環境中被浪費的機械能、摩擦產生的熱能；在提高能源利用率、提升摩擦納米發電機器件耐久性和可靠性的同時，賦予其儲熱、調溫和控溫的高效熱管理能力。然而，迄今為止，將相變材料應用到摩擦納米發電機領域的相關研究鮮有報道。

如專利CN 111676597 A中公布了一種基于靜電紡絲技術的摩擦納米發電機的制備方法，其中，靜電紡聚合物基納米纖維膜具有質輕、超強的柔順性等特點，使得其成為制備摩擦納米發電機的一門優異的技術。

發明內容

本發明所要解決的關鍵技術問題是提供一種基于相變材料的儲熱調溫摩擦納米發電機及其制備方法，基于相變材料的儲熱調溫摩擦納米發電機能有效回收和利用環境中被浪費的機械能、環境熱能、摩擦產生的熱能；消除摩擦生熱導致的溫度上升對器件耐久性和可靠性產生的負面影響，并賦予其儲熱、調溫和控溫的高效熱管理能力。

基于上述目的，本發明采取的技術方案如下：

一種基于相變材料的儲熱調溫摩擦納米發電機，由導電彈性織物以及設于導電彈性織物上的儲熱調溫皮芯納米纖維膜組成；所述儲熱調溫皮芯納米纖維膜采用同軸靜電紡絲工藝制備而成；其中皮材為聚偏氟乙烯系列聚合物或聚丙烯腈系列聚合物，芯材為正構烷烴類相變材料、丙烯酸正烷基酯和甲基丙烯酸正烷基酯類相變材料中的一種或兩種以上任意比例的混合物。

進一步地，所述導電彈性織物為由蘇州泰克銀纖維科技有限公司提供的商用鍍銀纖維四面彈針織面料；