[发明专利]一种液态金属摩擦纳米发电鞋垫及其制备方法

说明书

一种液态金属摩擦纳米发电鞋垫，其特征在于：鞋垫内设置有摩擦纳米发电装置，所述摩擦纳米发电装置为多层复合结构，由下至上依次为纸板、铝箔或铜箔、两个以上的液态金属纳米发电纤维编织的液态金属摩擦纳米发电结构并列组成的液态金属层、尼龙布、铝箔或铜箔和纸板组成，所述液态金属纳米发电纤维是由液态金属、环氧树脂AB胶、硅胶管和导电铜丝组成，其中液态金属充满硅胶管内部，环氧树脂AB胶在硅胶管的两端进行密封，管口有铜线引出。本发明制备的液态金属摩擦纳米发电鞋垫具有优异的开路电压达到64V、短路电流达到1.23A，产生的电压和电流稳定性优异，价格便宜。

技术领域

本发明涉及摩擦纳米发电技术领域，具体涉及一种液态金属摩擦纳米发电鞋垫及其制备方法。

背景技术

摩擦纳米发电机(Triboelectric nanogenerator，TENG)是基于自驱动纳米技术并以接触/摩擦起电和静电感应为基础的微/纳机电动力系统，依靠摩擦或挤压便可产生电能。它具有成本低、材料选择多样、不需预充电等特点，具有较高功率输出和高达 55%的能量。利用微米-纳米技术可以将这些无处不有、无时不在的能量转换为可以驱动小型可移动电子器件的电能，进而制造出自驱动（Self-powered）微纳系统。这种快捷便利获取电能方式成为了新时代新能源研究方向，例如太阳能、生物能、震动能、肌肉活动能、形变能、化学能、微风能和热能等。

人体每天必不可少的运动即为走路，而走路过程中产生的机械能可以有效利用转化为电能。现在已经有相应的技术以液态金属作为电极材料，收集人体运动摩擦产生的机械能转化为电能，如CN106992707A中是液态金属注入到有机硅橡胶腔体中，形成单电机模式的纳米发电机，通过硅橡胶与皮肤接触发生摩擦，产生电荷，诱导液态金属发生电荷流动。但是若应用于鞋垫利用人在走路过程中，通过摩擦产生动能进行发电时，由于人体不能直接与摩擦层接触，因而导致机械能很难有效收集，且由于脚底作用力大且不均匀，不同位置产生的机械能大小不一，多个摩擦纳米发电机单元纵横交错编织的并联结构中产生的电荷流动均匀性较差，起不到增大输出电流的作用，不仅造成发摩擦纳米发电机单元浪费，且不均匀的电流输出会导致输出电能的稳定性差，对于储能器的使用寿命产生负面影响。

发明内容

本发明目的在于提供一种液态金属摩擦纳米发电鞋垫。该发电鞋垫具有高输出电压和短路电流，电荷流通稳定性优异。

本发明另一目的是提供上述液态金属摩擦纳米发电鞋垫的制备方法。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种液态金属摩擦纳米发电鞋垫，其特征在于：鞋垫内设置有摩擦纳米发电装置，所述摩擦纳米发电装置为多层复合结构，由下至上依次为纸板、铝箔或铜箔、两个以上的液态金属纳米发电纤维编织的液态金属摩擦纳米发电结构并列组成的液态金属层、尼龙布、铝箔或铜箔和纸板组成，所述尼龙布将其表面的铝箔或铜箔及硬纸板包覆并固定，所述液态金属纳米发电纤维是由液态金属、环氧树脂AB胶、硅胶管和导电铜丝组成，其中液态金属充满硅胶管内部，环氧树脂AB胶在硅胶管的两端进行密封，管口有铜线引出。

进一步，所述纳米发电纤维中硅胶管的直径为1~1.6mm，硅胶管内部液态金属直径500~600μm，所述编织是由每两根所述纳米发电纤维进行交叉编织。

液态金属摩擦纳米发电的性能与摩擦面积、施加的摩擦力大小、均匀性、频率有关，同时也与液态金属摩擦纳米发电装置的结构密切相关。本发明中通过将液态金属加入到特定内外直径的硅胶管中，通过硅胶管与尼龙材料产生摩擦，并在上下两层的铜箔或铝箔作用下，显著提高摩擦面产生的电荷量，并均匀化电荷分布，产生稳定且较高的电流、电压，液态金属摩擦纳米发电纤维通过特定的交叉编织结构，为较大的电流提供流通路径，并确保每条硅胶管中的液态金属承载的流动电荷量均匀，最终的输出电压和短路电流稳定性优异，减少不稳定的电流的对储能器的损伤。

所述交叉编织的液态金属层置于鞋垫前脚掌位置和脚后跟位置。