[發明專利]一種碳纖維復合材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210728333.0
• 申請日: 2022-06-24
• 公開（公告）號: CN114953664A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 俞一洵;潘云鋒;陸中宇
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: B32B27/28
• 分類號: B32B27/28;B32B27/32;B32B9/00;B32B9/04;B32B33/00;B32B37/00;C08L83/04;C08L27/18;C08L23/12;C08L51/06;C08L91/06;C08K3/08;C08J5/18;C08J7/044
• 代理公司: 北京精金石知識產權代理有限公司 11470
• 代理人: 張天琦

本發明提供了一種碳纖維復合材料及其制備方法和應用，涉及摩擦納米發電機和碳纖維復合材料領域，該碳纖維復合材料包括卷材A和卷材B；所述卷材A包括碳纖維布和/或碳纖維板；所述卷材B由TENG薄膜、導電樹脂層和絕緣層按順序多層層疊方式制備，電流并聯輸出；所述TENG薄膜的原料包括納米金屬顆粒、石蠟、熱塑性樹脂、改良劑。本發明能夠兼顧結構增強/加固和電能輸出功能，解決遠程、分布式實時監測能源消耗問題，及時發現橋梁結構的安全隱患，同時多余能源可供橋梁路燈系統工作，是解決綠色清潔能源需求問題的方式之一。

技術領域

本發明涉及摩擦納米發電機和碳纖維復合材料領域，具體涉及一種碳纖維復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

濱海環境下基礎設施長期處于荷載和腐蝕環境等多因素侵蝕下，基礎設施面臨嚴重的腐蝕劣化問題，其安全服役面臨巨大挑戰。目前對于橋梁結構劣化主要通過碳纖維布加固并定期進行檢測，存在無法及時發現問題的隱患以及能源消耗等問題。

微小振動機械能如車輛行駛、人員走動、潮汐拍打、風吹雨打、晝夜交替導致的熱脹冷縮均會導致建筑結構產生微小變形，若能將這些機械能利用起來將會產生可觀的綠色能源。近幾年來，納米發電技術快速發展，納米發電技術在于將環境中微小振動機械能轉變為電能的方式產生能源。摩擦納米發電技術因其有更好俘獲低頻、弱機械振動條件下微小機械能、高發電效率、受環境影響小和成本低等優點，成為解決分布式能源問題的途徑之一。

例如，專利CN106787930A公開了一種彈性結構的摩擦納米發電機，包括彈性基底、若干個發電單元和質量塊，彈性基底為蛇形彎折的多層折疊結構，相鄰兩層基底互相連接形成U型或V型凹陷結構；發電單元包括面對面設置的第一摩擦單元和第二摩擦單元，分別設置在相鄰兩層基底上；在振動能量作用下，質量塊上下振動，彈性基底作用下使第一摩擦單元和第二摩擦單元互相接觸分離，第一摩擦單元的電極和第二摩擦單元的電極之間產生電信號。其中，彈性基底選自表面包括絕緣層的金屬薄膜材料、無機非金屬材料和有機高分子材料或其組合，在車載傳感器供電、大型裝備健康狀況監控，無線傳感網絡節點、環境氣象監測、環境水質監測等領域有著廣泛的應用前景。再如專利CN110601585A公開了一種用于收集波浪能的高性能摩擦納米發電機，采用腔體結構，通過增加摩擦納米發電機的有效接觸面積，進而提高摩擦納米發電機的發電性能，提高了摩擦納米發電機的輸出功率和穩定性，，可用于將自然環境中的豐富的波浪能或振動能轉化為可利用的電能，結構簡單，制造成本低，能量收集及轉換效率高，應用范圍廣泛，具有極大的實用價值。

針對現有技術存在的問題，尋找一種能夠利用微小振動機械能進而達到綠色環保目的的碳纖維復合材料十分必要。

發明內容

本發明針對現有技術存在的問題，提供了一種碳纖維復合材料及其制備方法和應用，能夠兼顧結構增強/加固和電能輸出功能，解決遠程、分布式實時監測能源消耗問題，及時發現橋梁結構的安全隱患，同時多余能源可供橋梁路燈系統工作，是解決綠色清潔能源需求問題的方式之一。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明提供了一種碳纖維復合材料，包括卷材A和卷材B；

所述卷材A包括碳纖維布和/或碳纖維板；

所述卷材B包括TENG薄膜、導電樹脂層和絕緣層；

所述TENG薄膜的原料包括納米金屬顆粒、石蠟、熱塑性樹脂、改良劑。

進一步地，所述絕緣層為環氧樹脂。

進一步地，所述納米金屬顆粒包括鋁、銅、鋼、鎳、銀中的一種或多種。

進一步地，所述熱塑性樹脂包括聚二甲基硅氧烷、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯和聚偏二氯乙烯中的一種或多種。

進一步地，所述導電樹脂層由導電顆粒和環氧樹脂分散混合而成。