[发明专利]拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机以及鞋垫

说明书

本发明公开了一种拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机以及鞋垫，纳米发电机包括依次层叠的下电极层、摩擦发电层、中间电极层、压电层、上电极层和支撑层；下电极层、摩擦发电层和中间电极层组合实现摩擦发电，中间电极层、压电层和上电极层组合实现压力发电。本发明的拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机通过下电极层、摩擦发电层和中间电极层组合实现摩擦发电，中间电极层、压电层和上电极层组合实现压力发电。本发明的拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机融合了摩擦纳米发电机和压电纳米发电机的优点，输出性能得到提升，并且其可以与人体穿戴结合，在医疗健康领域有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及纳米发电技术领域，尤其是涉及一种拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机以及鞋垫。

背景技术

随着可穿戴技术的迅速发展以及可穿戴设备或器件的产品的逐渐普及，社会对轻型可持续输出电源有了更多的需求。纤维基纳米发电机的出现，正是静电纺丝技术与纳米发电机技术相结合的产物。这将为下一代可穿戴电子设备的功能系统以及多功能便携式传感器的发展应用提供新的思路。

摩擦纳米发电机(TENG)和压电纳米发电机各自有优缺点，将其复合收集能量不仅提升输出性能，而且扩宽其应用范围。

发明内容

基于此，有必要提供一种融合了摩擦纳米发电机和压电纳米发电机的优点的拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机。

此外，还有必要提供一种包括上述拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机的鞋垫。

一种拱形结构纤维基摩擦电/压电复合纳米发电机，包括自下而上依次层叠的下电极层、摩擦发电层、中间电极层、压电层、上电极层和支撑层，所述支撑层为拱形，所述摩擦发电层为纳米纤维膜；

所述下电极层、所述摩擦发电层和所述中间电极层组合实现摩擦发电，所述中间电极层、所述压电层和所述上电极层组合实现压力发电。

在一个实施例中，所述支撑层的内侧面的最高点与两端点之间的高度差为5mm～20mm。

在一个实施例中，所述支撑层的材料为聚合物，所述支撑层的厚度为100μm～300μm。

在一个实施例中，所述中间电极层和所述上电极层分别为镀在所述压电层的两面的金属层，所述中间电极层的厚度为5μm～10μm，所述上电极层的厚度为5μm～10μm。

在一个实施例中，所述纳米纤维膜的成分材料为质量比为1.1～1.2：1：(0.5％～3％)的PDMS、PVDF和MXene的混合物，所述纳米纤维膜的厚度为20μm～60μm。

在一个实施例中，所述纳米纤维膜通过如下操作制备得到：

将MXene和第一有机溶剂混合，超声粉碎后加入PVDF，混合均匀后得到混合液；

将PDMS前驱体、交联剂、第二有机溶剂和所述混合液混合均匀，得到静电纺丝液；

以所述静电纺丝液为原料进行静电纺丝，得到所述纳米纤维膜。

在一个实施例中，所述MXene的粒径为500nm～5μm，所述超声粉碎的操作通过细胞超声粉碎机完成，所述细胞超声粉碎机的功率为100W～300W，所述超声粉碎的时间为0.75h～2.5h，所述超声粉碎的条件为冰浴。

在一个实施例中，所述静电纺丝液中，所述PVDF、所述第一有机溶剂、所述MXene、所述PDMS前驱体、所述交联剂和所述第二有机溶剂的质量比为1：6～8：(0.5％～3％)：1：0.1～0.2：2～4；

所述第一有机溶剂为DMF，所述第二有机溶剂为乙酸乙酯；