[发明专利]一种柔性发电机及其制备方法

说明书

一种柔性发电机及其制备方法，所述柔性发电机包含摩擦电压电器件和柔性支撑物，其中，所述摩擦电压电器件连接到所述柔性支撑物上，所述柔性支撑物包括织物和塑性体，所述织物包括高强度聚合物纤维，所述塑性体包括半结晶性共聚物，所述半结晶性共聚物由乙烯或丙烯与一种或多种C2至C12α‑烯烃共聚单体制得，所述塑性体的密度为860kg/m³至930kg/m³。本发明提供的柔性发电机具有良好的机械稳定性，能有效地收集作用于其上的低频能量，具有良好的耐久性和延长的使用期。

技术领域

本发明属于可穿戴装置技术领域，具体涉及一种柔性发电机及其制备 方法。

背景技术

将机械能转换或转化为电能的发电机通常包括摩擦发电器件，这个摩 擦发电器件通常安装在支撑物上，所述摩擦发电器件在本领域也被称为摩 擦纳米发电机。基于摩擦起电和静电感应的耦合效应发生能量转换是将两 种电子亲缘不同的材料摩擦接触时产生的动能转化为电能，同时摩擦纳米 发电机具有材料选择广、质量轻、结构设计多样等特点，织物基摩擦电式 柔性发电机还具备良好的柔软性、透气性、耐水洗性、耐久性和可染性等优异的特点，能与衣服、运动鞋、护腕、护臂等纺织服饰用品有机复合， 穿着舒适性，实现真正意义上的“可穿”。

然而，观察到现有的织物摩擦纳米发电机大多在商业基底上设计形 成，降低了织物整体的透气性、安全性和舒适度；另外当前的织物摩擦纳 米发电机采用固态电极居多，如碳纳米管、钢丝、银纳米线等，这些电极 材料柔性差，并且内阻大，影响发电效率；再次，一般的摩擦发电器件只 是摩擦发电方式，发电方式单一。

为了减缓上述缺点，研发了柔性基材上的摩擦-压电发电机，这种在 柔性基材上的摩擦纳米发电机在本领域中通常被称为柔性摩擦纳米发电 机。此类发电机设备具有自驱动、透气性、可水洗性、耐久性、可染性等 优点，朝着“可穿”方向发展的同时需要兼顾设备的灵敏度、使用寿命、 供能等问题，将其应用在人体运动信号和脉搏信号的监测中，能实现对人 体运动量的调节和控制，以及通过脉搏信号分析进行心血管疾病的预防， 为运动健康和医疗诊断等提供有效的参考资料，具有重要研究意义。

然而，据观察，在已知的柔性发电机中，由于在恶劣环境下的使用过 程中纺织物支撑物伸长和/或收缩，具有降低的机械稳定性。由于其显著 的机械不稳定性，用作支撑物的纺织物在安装于其上的摩擦纳米发电机上 引起机械载荷，这些机械载荷不利地影响发电机的耐久性，并可能导致其 受损或甚至使其彻底失败。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种柔性发电机，包含摩擦电压电器 件和柔性支撑物，其中，所述摩擦电压电器件连接到所述柔性支撑物上， 所述柔性支撑物包括织物和塑性体，所述织物包括高强度聚合物纤维，所 述塑性体包括半结晶性共聚物，所述半结晶性共聚物由乙烯或丙烯与一种 或多种C2至C12α-烯烃共聚单体制得，所述塑性体的密度为860kg/m³至 930kg/m³。

优选地，所述聚合物纤维包括：聚烯烃纤维。

优选地，所述聚合物纤维包括：聚乙烯纤维。

优选地，所述聚合物纤维包括：超高分子量聚乙烯UHMWPE纤维。

优选地，所述聚合物纤维的旦尼尔值范围为0.5-20。

优选地，所述聚合物纤维的拉伸强度大于等于0.5GPa。

优选地，所述塑性体的拉伸模量小于等于0.6GPa。

优选地，所述塑性体的DSC峰值熔点范围为70℃至120℃。

本发明还提供了一种柔性发电机的制备方法，所述柔性发电机包括如 上述中任一所述的柔性发电机，所述方法包括步骤：

提供摩擦电压电器件；