[發明專利]摩擦納米發電機及制備方法、自供能傳感系統及關節角度檢測方法

在審

• 申請號: 202110038924.0
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112751502A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 黃龍彪;韓建成
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04;A61B5/11;B29C64/10;B33Y10/00;B33Y80/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 張金福

本發明提供了一種基于4D打印技術的摩擦納米發電機，包括第一基底層、摩擦單元的第一摩擦發電部件，若干摩擦單元以第一基底層的幾何中心為圓心間隔排列；包括第二基底層、第一電極、第二電極的第二摩擦發電部件，若干第一電極和若干第二電極以第二基底層的幾何中心為圓心相互間隔設置，且第一電極與第二電極之間設有間隙；第一基底層和第二基底層通過彼此設有的凸緣和凹槽插裝在一起，使摩擦單元與第一電極和第二電極相互接觸摩擦。本發明還提供了一種自供能傳感系統、關節轉動角度的檢測方法和4D打印摩擦納米發電機的制備方法。本發明在解決了傳感裝置的制備流程復雜，制備效率和精度低且制作的傳感裝置的使用壽命短的技術問題。

技術領域

本發明涉及4D打印技術、傳感技術和自供能系統相結合的交叉技術領域，更具體地，涉及一種基于4D打印技術的摩擦納米發電機、自供能傳感系統、基于所述自供能傳感系統的關節轉動角度的檢測方法以及所述基于4D打印技術的摩擦納米發電機的制備方法。

背景技術

隨著物聯網時代的到來，大量的便攜式電子設備得以應用，這些電子設備的供電方式普遍選擇使用電池進行供電。但使用電池供電需要進行頻繁充電或更換電池，同時廢棄的電池還會帶來嚴重的環境污染。因此，迫切需要一種不需要外部電源供電即可實現檢測的自供能傳感技術。為了解決這一問題，基于摩擦納米發電機的自供能傳感系統得到了廣泛的關注。

然而，在實現普遍應用的道路上，基于摩擦納米發電機的自供能傳感系統仍然存在一些問題。首先，當器件長期工作時，器件性能會出現衰減，從而導致檢測結果出現錯誤。其次，基于摩擦納米發電機的自供能傳感器的制備工藝相對落后。最后，傳統的制備工藝通過對各組件的加工、組裝，并最終裝配成一個完整的器件；然而這樣的工藝很難保證同一批器件的性能，并最終影響檢測效果。

專利文獻CN111564985A(公開日2020年08月21日)公開了一種傳感式摩擦納米發電機、輪胎的傳感裝置及力監測系統，其中通過對摩擦納米發電機的結構進行設計，將各個基底層、電極層以及摩擦層依次粘貼在柔性基底層內壁，從而得到一個相對封閉的摩擦納米發電機；摩擦層在預緊力的作用下相互接觸；當基底層的兩側受到相反的作用力時，摩擦層相互遠離，從而產生一個與形變量有關的電信號；根據電信號的特征即可判斷摩擦納米發電機的形變特征，從而使該發明的傳感式摩擦納米發電機具備感應功能。但其制備流程復雜，制備效率和制備精度不高，且制作出的傳感裝置的使用壽命不盡如人意。

為了推動基于摩擦納米發電機的傳感裝置應用與發展，迫切需要一種全新的工藝，以提高傳感裝置的制備效率、制備精度，并同時提高傳感裝置的使用壽命。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決傳感裝置的制備流程復雜，制備效率和制備精度不高，且制作出的傳感裝置的使用壽命不盡如人意的技術問題。

本發明的首要目的是提供一種基于4D打印技術的摩擦納米發電機。為解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：

一種基于4D打印技術的摩擦納米發電機，包括可相對轉動的第一摩擦發電部件和第二摩擦發電部件；所述第一摩擦發電部件包括第一基底層、設置在第一基底層表面的的摩擦單元，所述若干摩擦單元以第一基底層的中心為圓心間隔排列；所述第二摩擦發電部件包括第二基底層、設置在第二基底層內表面的第一電極、第二電極，若干第一電極和若干第二電極以第二基底層的幾何中心為圓心相互間隔設置，且第一電極與第二電極之間設有間隙；第一基底層和第二基底層通過彼此設有的凸緣和凹槽插裝在一起，從而使摩擦單元與第一電極和第二電極能相互轉動及接觸摩擦；其中第一摩擦發電部件和第二基底層采用4D打印技術制備而成。

優選地，所述4D打印采用形狀記憶聚合物或自修復材料，采用熔融沉積式打印、油墨直寫打印或數字光處理打印。

優選地，所述摩擦單元表面具有凸起或凹槽。

優選地，在所述第二基底層的表面噴涂具有導電物質的溶液并將溶劑揮發后得到所述第一電極和第二電極，所述導電物質包括銀納米線、碳納米管或石墨烯。