[发明专利]一种可打印的能量捕获器件

说明书

技术领域

本发明属于可打印电子技术领域，特别涉及一种可打印的能量捕获器件。

背景技术

现代生活中有着各种各样的电子设备，从电影电视，再到手机，再到智能手表，手环等，设备的体积越来越小，使用越来越便携，功能越来越丰富，相应的，对电池的要求也越来越高，更高的容量与更小的体积可以降低充电次数，提高续航时间，从而提高使用的便利性。

随着传感器技术的普及，物联网得到了快速发展，在智慧城市、物流交通、工业生产以及智能家居等领域都有着广泛的应用，对于很多传感器终端，由于需要同时满足体积便携与长时间工作，所以设备的充电往往很难解决，现有的一些方案如太阳能、风能等，都有着各自的环境限制性条件，目前还没有较好的解决方案。

另外在医疗领域中，类似心脏起搏器，胰岛素泵以及心电监护设备等，由于需要与身体紧密接触且长时间工作，因而其充电也成为了一个难题，如果是植入式设备，则传统的充电方法不再适用，如果能有一种设备自动捕获人体的运动产生的扩散能量，进而对设备进行充电，则可以省去很多不便。

为了解决上述问题，不同类型的能量捕获技术应运而生，包括利用温差、光能、振动、摩擦等能量进行发电的技术。其中摩擦发电技术以其构造简单，能量转化效率高的特点，得到了研究人员的重视，目前已经可以实现柔性可拉伸的薄膜式摩擦发电器件。

现有的摩擦式能量捕获器件有导电层、介电封装层、电极引出线以及整流电路几个部分组成，其中导电层多为纳米银浆或离子溶液，介电封装层材料多为PDMS或PET等，通过模具铸造的方式制成。这种方案的不足之处在于纳米银浆的价格较高，且银浆和离子溶液的温度适用范围较为受限，在较高温度下会凝固或者蒸发产生气体，导致固化失去柔性或膨胀使结构失效。在工艺上柔性材料的模具铸造相对而言成本较高，且不利于大规模生产，如果能够通过直接打印的方式形成结构，则可以大幅降低生产成本，提高生产效率。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于结合液态金属打印原理与摩擦起电原理，提供一种可打印的能量捕获器件，该器件具有结构简单，制造方便，环境适应性好，成本低廉，易于规模化生产以及可弯曲的特点，具备良好的柔性，能够对接触及摩擦产生的电能进行捕获，配合一定的整流电路以及能量存储电路，可用于给各类电子设备如手机、智能手表、医疗监护仪器以及物联网设备等充电或延长其使用时间；本发明可以应用于可穿戴电子设备，便携式数码设备以及物联网设备等，提高续航时间，降低充电频率；随着各类电子设备的普及以及性能的提升，通过环境获得能量的器件有望得到广泛的应用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种可打印的能量捕获器件，包括介电材料3以及打印在介电材料3上的液态金属电容电极1，所述液态金属电容电极1连接有电极引出端5，通过摩擦介电材料3，在液态金属电容电极1上产生电荷聚集，停止摩擦后电容的变化导致液态金属电容电极1上的电荷产生移动，形成电流，通过电极引出端5输出。

所述液态金属电容电极1和介电材料3上设置有进行封装保护的柔性封装材料4，所述柔性封装材料4与介电材料3一起将液态金属电容电极1封装在器件内部，柔性封装材料4与介电材料3材质相同或者不同，在受到外力作用时，柔性封装材料4随着能量捕获器件一起产生形变，从而提高器件的适应性。

所述电极引出端5连接整流电路2，将双向电流整流为单向电流，所述整流电路2，是通过二极管组合形成的桥式整流电路，所用二极管是现成的单向二极管器件，或通过半导体材料进行打印形成的打印集成电路，能够将双向交变电流整流为单向电流。

所述电极引出端5是具有一定柔性的固态金属电极材料，其连接在液态金属电容电极1与整流电路2之间，或连接在整流电路2的引出端，并连接到所需供电的电子设备器件上。

所述摩擦，是两个能量捕获器件相互摩擦，或者利用绝缘材料与一个能量捕获器件摩擦。

所述绝缘材料为塑料、硅胶或人体皮肤。

所述液态金属电容电极1使用液态金属材料打印在介电材料3上，所述液态金属材料是镓、铟、锡、锌、铋、铅、镉、铜、银、金、汞、钠、钾、镁、铝、铁、钴、镍、锰、钛、钒中的一种或多种，其形式是金属单质、合金或者金属纳米颗粒与流体分散剂混合形成的导电纳米流体。

所述介电材料3是塑料类的PET膜或PC膜，或者柔性的PDMS、硅胶或橡胶材料，厚度在微米级或毫米级，通过和其他绝缘物质材料进行摩擦，能够形成电荷在表面的聚集及分离。