[发明专利]一种防水透气纳米发电布料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种防水透气纳米发电布料及其制备方法，属于功能材料和绿色新能源技术领域；防水透气纳米发电布料依次包括基底、功能层、第一摩擦层和第二摩擦层；功能层为纳米纤维膜；第一摩擦层为印刷有电极材料的第一普通布料，第二摩擦层为第二普通布料；基底普通布料与静电纺纳米纤维膜热压连接，构成防水透气布料复合层，防水透气布料复合层与摩擦纳米发电复合层周边固接。本发明的防水透气纳米发电布料不仅可以作为舒适的防水透气的户外服装，而且还可以收集人们活动时的产生的摩擦电。本发明具有制备工艺简单、性能优异、材料成本低廉、实用性较强、可大规模生产等优点，具有很大的实用性和重要的产业化前景。

技术领域

本发明涉及一种布料及其制备方法，特别涉及一种基于静电纺丝技术的纳米纤维膜和基于摩擦纳米发电的户外服装和可穿戴发电设备的防水透气纳米发电布料及其制备方法，属于功能材料和绿色新能源技术领域。

背景技术

每当天气恶劣的时候，人们一般会穿戴防风挡雨的衣服，但是在户外活动一段时间后肯定会出汗，外面冷，里面热，很不舒服。

目前市场上卖的户外防水服装大多是不透气的，长时间穿在身上会让皮肤感觉很难受。比如说在布料的表面涂一层高分子膜用来防水，但是没有孔隙，空气没法通过。也有一些防水透气的服装，但是价格比较贵，效果也不是很好。比如说用拉伸的方法把聚四氟乙烯(PTFE)拉伸出微孔，但是在拉伸的过程中，材料各方向的受力不均匀，有的地方受力大，孔就比较大，有的地方受力小，孔就很小，甚至没有孔。这样拉伸处理的布料穿上去肯定不舒服。

静电纺丝得到的纳米纤维膜微孔分布均匀，透气性能比较好。

通过静电纺丝技术制备纳米纤维材料是近十几年来世界材料科学技术领域的最重要的学术与技术活动之一。静电纺丝以其制造装置简单、纺丝成本低廉、可纺物质种类繁多、工艺可控等优点，已成为有效制备纳米纤维材料的主要途径之一。静电纺丝技术已经制备了种类丰富的纳米纤维，包括有机、有机/无机复合和无机纳米纤维。然而，利用静电纺丝技术制备纳米纤维还面临一些需要解决的问题。首先，在制备有机纳米纤维方面，用于静电纺丝的天然高分子品种还十分有限，对所得产品结构和性能的研究不够完善，最终产品的应用大都只处于实验阶段，尤其是这些产品的产业化生产还存在较大的问题。其次，静电纺有机/无机复合纳米纤维的性能不仅与纳米粒子的结构有关，还与纳米粒子的聚集方式和协同性能、聚合物基体的结构性能、粒子与基体的界面结构性能及加工复合工艺等有关。如何制备出适合需要的、高性能、多功能的复合纳米纤维是研究的关键。此外，静电纺无机纳米纤维的研究基本处于起始阶段，无机纳米纤维在高温过滤、高效催化、生物组织工程、光电器件、航天器材等多个领域具有潜在的用途，但是，静电纺无机纳米纤维较大的脆性限制了其应用性能和范围，因此，开发具有柔韧性、连续性的无机纤维是一个重要的课题。

摩擦纳米发电机(TENGs)的原理基于摩擦起电和静电感应的耦合。通常，当两种材料相互接触时，界面的某些部位形成了化学键，电荷在界面之间转移以平衡电化学势，从而产生摩擦电荷。在外力驱动下，摩擦带电的界面之间相互运动，导致TENGs中的电势差呈周期性变化。在短路条件下，交变电流流经负载，以达到两个电极之间的静电平衡。它有四种基本模式：a)垂直接触-分离模式；b)横向滑动模式；c)单电极模式；d)自支撑摩擦电层状模式。

摩擦纳米发电机是最近几年兴起的一种新型的绿色能源收集方式，可以将环境中的低频机械能转化为电能。比如收集风能、波浪能、人体机械能等。其中用于收集人体机械能的研究有很多，但是目前将摩擦纳米发电机应用在收集人体活动时产生的能量的材料大部分是不透气的塑料和片状金属，穿在身上很不舒服。时间长了话，这些不透气的塑料甚至会引起皮肤炎症。

因此，提供一种加工简单，而且还能保证布料透气，在收集人体活动时产生的机械能的同时也能保证身体的舒适行性的防水透气纳米发电布料及其制备方法就成为该技术领域急需解决的技术难题。

发明内容