[發明專利]一種可拉伸能量收集裝置及電子器件

有效

• 申請號: 202210066072.0
• 申請日: 2022-01-20
• 公開（公告）號: CN114400921B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 文震;程萍;孫旭輝
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04
• 代理公司: 蘇州高優盛知識產權代理事務所(普通合伙) 32541
• 代理人: 白莉莉

本發明提供了一種可拉伸能量收集裝置及電子器件，屬于摩擦納米發電機技術領域。該可拉伸能量收集裝置包括：多個依次布置于同一預設平面的柔性單元，均由可拉伸材料制成，相鄰的兩個所述柔性單元形成接觸分離式摩擦納米發電機；和兩個拉伸層，均與所述預設平面平行，且分別覆蓋且連接于所有所述柔性單元的頂面和底面處，所述拉伸層被拉伸和收縮時帶動相鄰的兩個所述柔性單元接觸和分離，以產生電能，每一所述拉伸層均由可拉伸材料制成。本發明還提供了包括該可拉伸能量收集裝置的電子器件本。發明的可拉伸能量收集裝置及電子器件能夠有效提高能量的利用率和發電效率。

技術領域

本發明涉及摩擦納米發電機技術領域，特別是涉及一種可拉伸能量收集裝置及電子器件。

背景技術

近年來，可穿戴/可植入電子器件被廣泛應用于監測、治療體外和體內的慢性疾病。目前為止，大部分可穿戴/可植入電子設備幾乎都由微型電池供電，這種電池質地堅硬，并且續航時間很短。尤其對于植入式的電子設備，需要進行額外的手術來更換電量耗盡的電池。設計一種柔性可拉伸的電源器件，并且實現自身電能的產生是保證可穿戴/可植入電子設備持續運行的關鍵。

摩擦納米發電機作為一項強大的能量收集技術，為人體低頻率的運動機械能的收集提供了新的機遇。機械能，尤其是拉伸形式的機械能在我們人體中無處不在，我們皮膚/組織本身拉伸運動產生的機械能就是能量的潛在來源。基于摩擦起電和靜電感應的耦合，摩擦納米發電機顯示出了收集低頻和非定向運動的優勢，因此，摩擦納米發電機可以被設計成自供電的電源。目前，已經有部分可拉伸的摩擦納米發電機被設計出來并被植入大鼠和豬的體內作為傳感器/電源來監測心率/為電子設備供電。

但是，目前的可拉伸的摩擦納米發電機效率較低，無法高效地利用人體的機械能并高效地產出電能。

發明內容

本發明第一方面的一個目的是提供一種可拉伸能量收集裝置，能夠有效提高能量的利用率和發電效率。

本發明的進一步的一個目的是要提高工作效率，并節約成本。

本發明的更進一步的一個目的是要提高與人體皮膚組織的兼容性。

本發明第二方面的一個目的是提供一種包括上述柔性可拉伸能量收集裝置的電子器件。

特別地，本發明提供了一種柔性可拉伸能量收集裝置，包括：

多個依次布置于同一預設平面的柔性單元，均由可拉伸材料制成，相鄰的兩個所述柔性單元形成接觸分離式摩擦納米發電機；和

兩個拉伸層，均與所述預設平面平行，且分別覆蓋且連接于所有所述柔性單元的頂面和底面處，所述拉伸層被拉伸和收縮時帶動相鄰的兩個所述柔性單元接觸和分離，以產生電能，每一所述拉伸層均由可拉伸材料制成。

可選地，多個所述柔性單元沿預設方向依次布置，每一所述柔性單元均包括沿所述預設方向依次布置的第一電極層、間隔層、第二電極層和摩擦層，所述間隔層用于隔離所述第一電極層和所述第二電極層，每一所述柔性單元的摩擦層和與其相鄰的所述柔性單元的第一電極層在所述拉伸層的帶動下接觸和分離。

可選地，所述第一電極層和所述第二電極層均由炭黑和硅橡膠的混合物制成，所述摩擦層由SEBS材料制成。

可選地，每一柔性單元均包括一個電極塊和一個摩擦塊，所述電極塊包括間隔塊和圍繞所述間隔塊的周側設置的環形電極層，所述摩擦塊包括塊狀電極和圍繞所述塊狀電極的周側設置的環形摩擦層，每一所述電極塊和每一所述摩擦塊相鄰布置且所有所述電極塊和所述摩擦塊形成同一平面上的二維陣列。

可選地，所述電極塊和所述摩擦塊均呈立方體狀。

可選地，所述拉伸層由硅橡膠制成，每一所述柔性單元的厚度為毫米級別。