[发明专利]超柔性自发电纱线、全纤维基超柔性温差自发电织物及其制备方法

说明书

本发明提供了一种超柔性自发电纱线、全纤维基超柔性温差自发电织物及其制备方法。该超柔性自发电纱线采用PEDOT:PSS和离子液体组成的P型热电材料对纤维或纱线进行涂覆改性，显著提高了PEDOT:PSS的成膜性，在增强纱线柔性的同时也提高了其热电性。在纱线基材表面相邻的涂覆N型热电材料与上述P型热电材料，并通过电极连接形成串联热电通路。由此制备的全纤维基超柔性温差自发电织物的柔性、热电性及发电的稳定性显著提高，为全纤维基超柔性温差自发电织物提供一种有效途径。因此，作为电源在传感装置供电、智能服装、可穿戴电子器件领域都有较高的推广应用价值。

技术领域

本发明涉及功能织物技术领域，尤其涉及一种超柔性自发电纱线、全纤维基超柔性温差自发电织物及其制备方法。

背景技术

随着人工智能的高速发展和智能终端的普及，可穿戴电子设备呈现出巨大的市场前景。柔性传感器作为人造柔性电子器件的核心部分，在人体临床诊断、健康评估、健康监控、虚拟电子、柔性触摸屏、柔性电子皮肤，甚至工业机器人等领域拥有很大的应用潜力。可穿戴电子设备的一个关键技术在于各种集成的电子设备的供电问题，现有技术多通过外接电源供电，这加重了可穿戴电子设备的负担，而且难以满足复杂集成的智能可穿戴织物。因此，急需提供一种具有高效自发电功能的织物，为可穿戴电子设备的供电提供有效途径。

温差发电材料(也称热电材料，Thermoelectric materials)是一类能够利用环境温度差获得电能的功能材料。将温差发电材料与纺织材料结合在一起，制成温差发电复合纺织材料，可以利用人体与周围环境间的温度差，实现电能的持续收集，可以作为柔性可穿戴式能源提供装置。温差发电材料本身具有体积小、安全可靠、无污染、无噪声、可以持续的收集能源的特点，对穿戴者无任何约束，而且不会受到外界环境比如光照、湿度、风力的限制，适合给各种低能耗电子设备提供电能。这样不仅可以实现温差发电材料的可穿戴化，还可以实现纺织材料的功能化，符合节能、可持续发展的大趋势。

专利CN202010976430.2公开了一种高效纤维基热电功能材料的制备方法，将纤维基材浸渍于热电溶液中，再将电极置于纤维基材的上下表面，制备得到纤维基自发电层。该纤维基热电功能材料虽然能够实现自发电，但由于是以纤维基材的厚度方向作为一个发电整体，不便于可穿戴微纳电子器件的集成和使用，而且发电效率受限，当织物表面的温差不均匀时，发电均匀性和稳定性容易受到影响。

有鉴于此，有必要设计一种改进的超柔性自发电纱线、全纤维基超柔性温差自发电织物及其制备方法，以解决上述问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种超柔性自发电纱线、全纤维基超柔性温差自发电织物及其制备方法。采用PEDOT:PSS和离子液体的混合溶液对纤维或纱线进行涂覆改性，显著提高了PEDOT:PSS的成膜性，在增强纱线柔性的同时也提高了其热电性，从而显著提高了织物的温差发电效率，为全纤维基超柔性温差自发电织物提供一种有效途径。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种超柔性自发电纱线，包括纱线基材和涂覆在所述纱线基材表面的P型热电材料，所述P型热电材料包括PEDOT:PSS和离子液体，用于提高所述自发电纱线的柔性、热电性及自发电稳定性。

作为本发明的进一步改进，所述超柔性自发电纱线在其长度方向上还包括涂覆在所述纱线基材表面的N型热电材料；所述N型热电材料与所述P型热电材料在所述纱线基材表面通过电极相邻设置，形成串联热电通路。

作为本发明的进一步改进，所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑鎓三氰基甲烷化物、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑鎓二氰铵盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氰基硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑二乙基磷酸盐中的一种或多种。