[发明专利]一种绿色水洗可穿戴热电自供电传感器件及制备方法

说明书

一种绿色水洗可穿戴热电自供电传感器件及制备方法，将碳纳米管加入到柳絮悬浮液中，进行处理，得到p型碳纳米管/柳絮柔性复合薄膜；将n型掺杂剂加入到有机溶剂中，滴涂到p型碳纳米管/柳絮柔性复合薄膜上进行图案化处理，得到n型碳纳米管/柳絮柔性复合薄膜；将p型碳纳米管/柳絮柔性复合薄膜和n型碳纳米管/柳絮柔性复合薄膜表面均涂上硅烷；然后裁剪成长条形，采用电串联热并联连接，得到可穿戴热电自供电传感器件。本发明通过n型掺杂剂可以成功实现p型碳纳米管/柳絮热电薄膜的转型为n型，制备的全生物复合材料的热电器件在升压变换器和电源提供的280mV电压的帮助下产生了4.17V的高输出电压，并且成功点亮LED灯。

技术领域

本发明属于热电能量转换技术领域，涉及一种绿色水洗可穿戴热电自供电传感器件及制备方法。

背景技术

可穿戴器件给人们的生活带来了便利，因此可穿戴器件的研发受到了越来越多的关注。如目前大家常用的运动手环来监测一些健康指标。谷歌也致力于研发一款集智能手机、GPS、相机于一身的可穿戴智能眼镜。据国际数据分析公司Statista预测在2020年全球可穿戴器件的市场将达到51亿美元的规模【Adv.Mater.31,1807916(2019)】。

传统的可穿戴器件的供电能源主要有电池、电容器等。但是这些电池寿命较短，并且存在安全及环境污染的隐患。热电能量转换器件，它是一种能实现热能和电能相互转换的绿色能源器件，有望将人体体热转换为电能，以支持微瓦可穿戴设备，包括医疗设备【Nano Energy 79,105419(2020)；Nano Energy 73,104773(2020)】，物联网【Nano Energy54(2018)；Chem.Eng.J.392,123714(2020)】，和无线传感器网络【Nat.Commun.11,5948(2020)；Appl.Energy 283,116240(2021)】等。然而，传统热电器件大多由无机材料制成，通常含有昂贵的、重的、刚性的和有毒等过渡金属，如碲，铋【Energy Environ.Sci.5,5147-5162(2012)；12-14；Joule 4,986-1003(2020)】等，因此有机热电材料因其价格便宜、重量轻、柔韧性好、毒性低、易于加工而备受关注。【Joule 3,53-80(2019)；Adv.Mater.28,9545-9549(2016)；Adv.Mater.27,6855-6861(2015)】

在聚合物基体中引入碳纳米管是开发高性能有机热电材料的一种常用的方法。各种聚合物被用于制备热电复合材料，包括共轭【ACS Nano 4,2445-2451(2010)；ACSAppl.Energy Mater.1,5075-5082(2018)】和非共轭聚合物【J.Materiomics 7,51-58(2021)；Synth Met 225,86-92(2017)】，水溶性聚电解质【Energy Environ.Sci.8,2341-2346(2015)；Macromol.Res.28,997-1002(2020)】等。对于可穿戴热电器件而言，这些材料仍然缺乏一些理想的性能。理想的可穿戴热电器件应该具备以下特征：较高的热电性能以支持低功耗可穿戴设备的使用；良好的热稳定性和机械稳定性以支持长时间使用，穿着舒适度，生物相容性和生物降解性。

纤维素广泛存在于地球上，可以作为一种可大规模获得的可持续材料。它是一种无毒、生物相容性、生物可降解和取之不尽、用之不竭的生物聚合物，在医疗保健、能源收集和存储等领域被广泛使用【Nat.Commun.7,12520(2016)；Mater.Horizons 4,522-545(2017)】。柳絮是一种具有管状结构的纤维素，由于其固有的大表面积和中空结构【Angew.Chem.Int.Ed.50,5438-5466(2011)】，被用于电池【J.Alloys Compd.619,298-302(2015)】、超级电容器【J.Mater.Chem.A 4,1637-1646(2016)】、吸附剂【RSC Adv.6,48715-48719(2016)】、和太阳能发生器【ACS Omega 5,2878-2885(2020)】等。