[發(fā)明專利]具有自清潔、自供電功能的壁虎仿生納米纖維絨摩擦發(fā)電織物及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210642503.3
• 申請日: 2022-06-08
• 公開（公告）號: CN114836873A
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐思峻;馮玲玲;馮俊丹;張成蛟;姚理榮
• 申請（專利權(quán)）人: 南通大學(xué)
• 主分類號: D03D15/283
• 分類號: D03D15/283;D03D15/292;D03D15/533;D06C11/00;D01D5/30;D06B3/10;H02N1/04;D06M13/513;D06M15/643;D06M101/24;D06M101/36
• 代理公司: 北京卓恒知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11394
• 代理人: 梁嬌旸;唐曙暉

本發(fā)明公開一種自清潔功能壁虎仿生納米纖維絨觸控織物及其制備方法，首先配制聚間苯二甲酰間苯二胺和PVA溶液，隨后以聚間苯二甲酰間苯二胺為島，PVA為海，以一定海島比例通過復(fù)合紡絲得到復(fù)合絲。以復(fù)合絲為經(jīng)紗、導(dǎo)電紗為緯紗將其織成平紋織物，對織物進(jìn)行反復(fù)揉抓，得到穩(wěn)定致密的絨毛。使PVA在水中充分分散。然后使水溫慢慢升溫，保持溫度，得到具有海島結(jié)構(gòu)的納米纖維絨織物。將復(fù)合織物浸漬于含氟的有機(jī)溶液中，經(jīng)接枝反應(yīng)獲得超疏水自清潔織物。本發(fā)明利用納米芳綸纖維絨類似壁虎腳掌絨毛的高接觸面積特性，可實(shí)現(xiàn)摩擦面積最大化，同時(shí)觸壓過程同時(shí)會產(chǎn)品壓電效應(yīng)，從而大大提高摩擦發(fā)電功率和觸壓感應(yīng)電壓的靈敏性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米纖維絨織物制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有自清潔、自供電功能的壁虎仿生納米纖維絨摩擦發(fā)電織物及其制備方法。

背景技術(shù)

21世紀(jì)以來納米技術(shù)發(fā)展迅速，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于服裝、海洋船舶、交通和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。仿生納米材料作為納米材料的分支，以其優(yōu)異的物理化學(xué)性能而備受關(guān)注。

近年來，自供電摩擦發(fā)電機(jī)成為研究熱點(diǎn)，與傳統(tǒng)有源傳感材料相比，摩擦發(fā)電機(jī)尤其是纖維基自供電摩擦發(fā)電機(jī)具有柔性、可穿戴、自驅(qū)動(dòng)等特性。但是傳統(tǒng)織物摩擦發(fā)電機(jī)比接觸面積小、機(jī)械能轉(zhuǎn)化率低及能量收集效率不高，不能滿足科研工作者對于傳感材料的要求。影響摩擦發(fā)電機(jī)及其傳感器的主要因素包括接觸面積和電荷收集效率。目前主流方法主要集中在如何提高電荷收集效率，而對如何提高接觸面積方面束手無策。自然界中壁虎腳掌含有大量的納米絨毛，其獨(dú)特的形態(tài)自適應(yīng)特性，使其能夠與接觸界面形成超高的接觸面積。另外壁虎腳掌具有低表面能和超疏水特性，因而在行走過程中能夠產(chǎn)生強(qiáng)大的靜電吸附作用，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的垂直行走能力。因而利用該種原理開發(fā)納米纖維絨織物，理論上可大大增加有效接觸面積，提高摩擦感應(yīng)電壓和電流輸出效率，提高其靈敏度。

目前有機(jī)材料中，聚偏氟乙烯(PVDF)是常用的壓電材料，但是其成纖強(qiáng)度低，表面磨毛性差，不可形成穩(wěn)定致密的絨毛。相比較而言，聚間苯二甲酰間苯二胺成纖強(qiáng)度高模量高，纖維耐磨性強(qiáng)；且其大分子含有苯環(huán)和酰胺基團(tuán)，兩者形成的P-π共軛現(xiàn)象具有極強(qiáng)的得電子能力，因此具有很強(qiáng)的摩擦發(fā)電能力。另外，芳綸納米纖維絨織物纖維絨受壓迫發(fā)生彎曲時(shí)，原本酰胺鍵偶極子平行排列的狀態(tài)被打破，纖維絨由此發(fā)生壓電效應(yīng)。彎曲根數(shù)越多，產(chǎn)生壓電效應(yīng)的絨毛根數(shù)越多，壓電性能也越突出。另一方面，表面的纖維絨結(jié)構(gòu)大大提高了摩擦層的有效接觸面積。

發(fā)明內(nèi)容

本申請目的在于提供一種自清潔、自供電功能壁虎仿生納米纖維絨摩擦發(fā)電織物及其制備方法，賦予柔性智能紡織品高感應(yīng)信號強(qiáng)度和高靈敏度、超疏水自清潔特點(diǎn)。

為了達(dá)到上述目的，本申請?zhí)峁┤缦录夹g(shù)方案。

一種具有自清潔、自供電功能的壁虎仿生納米纖維絨摩擦發(fā)電織物及其制備方法，包括以下步驟：

S1、將聚間苯二甲酰間苯二胺溶于有機(jī)溶劑中溶脹，加入第一助溶劑攪拌至溶解，獲得聚間苯二甲酰間苯二胺溶液；

S2、將聚乙烯醇于有機(jī)溶劑中，并加入第二助溶劑，攪拌溶解獲得PVA溶液；

S3、聚間苯二甲酰間苯二胺為島，PVA為海，以通過共混紡絲法或共軛復(fù)合紡絲法得到聚間苯二甲酰間苯二胺/PVA復(fù)合絲；

S4、以聚間苯二甲酰間苯二胺/PVA復(fù)合絲為經(jīng)紗，以導(dǎo)電紗(例如可選自滌綸鍍銀或尼龍長絲鍍銀的紗線)為緯紗，例如通過大圓機(jī)、小樣機(jī)等將其織成織物(優(yōu)選平紋織物)，用拉毛裝置(例如鋼針拉毛機(jī))對織物進(jìn)行揉抓，得到穩(wěn)定致密的絨毛；

S5、將絨毛部分先浸入涼水中進(jìn)行溶脹，溶脹時(shí)不斷攪拌，使PVA在水中充分分散，使水溫升高并保溫直到其溶解，即得到具有海島結(jié)構(gòu)的納米纖維絨織物；