一种可拉伸同轴纤维状摩擦发电和传感器件及其制备方法与流程

文档序号:12488665阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种可拉伸同轴纤维状摩擦发电和传感器件,其特征在于,利用介电常数不同的高分子材料作为不同的摩擦生电层,取向碳纳米管薄膜作为电荷感应和收集电极;该器件包括:

(1)内层电极,由碳纳米管纤维缠在纤维基底表面而成;

(2)第一摩擦生电层,为在内层电极外表面的一层介电材料;

(3)第二摩擦生电层,为在第一摩擦生电层外面的一层介电材料;

(4)外层电极,为缠绕在第二摩擦生电层外的一层碳纳米管纤维;

器件封装在高分子材料中。

2.根据权利要求1所述的器件,其特征在于,所述的纤维基底具有弹性,基底材料为高分子材料,其直径为0.1-10mm。

3. 根据权利要求1所述的器件,其特征在于,所述的内层电极和外层电极的碳纳米管纤维,具有取向结构与良好的导电性,其电阻为200-1000Ω/cm,厚度为20-2000 nm;碳纳米管纤维以不同角度缠绕在基底表面。

4. 根据权利要求1、2或3所述的器件,其特征在于,所述的介电材料具有摩擦生电能力,其中第一摩擦生电层与第二摩擦生电层具有相反的摩擦生电序列,第一摩擦生电层和第二摩擦生电层之间形成摩擦界面,其距离为1-200 μm,在外力作用下二者发生接触或分离。

5. 根据权利要求4所述的器件,其特征在于,所述介电材料分别为易带正电与易带负电的聚合物材料,易带正电的材料选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚醋酸纤维素、聚醋酸乙烯酯、聚乳酸,其粒径为0.01-10.0 μm;制备方法包括电泳沉积、胶体自组装方式,形成的表面具有微纳尺度的凸起结构,厚度为10-100 μm;易带负电的材料选自聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚对苯二甲酸乙二醇酯,制备方法包括高分子溶液浸涂、沾涂或者单体原位聚合,形成的表面构建有直径为0.1-100μm,厚度为10-100 μm的规则或不规则孔,形成一种凹陷状结构;两种摩擦层在所列举的材料中选择带正、负电的材料搭配。

6.根据权利要求1或5所述的器件,其特征在于,两种摩擦层组合为:聚甲基丙烯酸甲酯/聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯/聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯/聚偏氟乙烯、聚苯乙烯/聚四氟乙烯或聚醋酸纤维素/聚氯乙烯。

7.如权利要求1所述的器件的制备方法,其特征在于,以纤维基底为轴心,通过缠裹、沉积、浸涂方式,依次将内层电极、第一摩擦生电层、第二摩擦生电层、外层电极层叠附着在纤维基底表面,最后经过封装得到同轴结构的器件。

8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,具体操作步骤为:

(1)可拉伸纤维状弹性基底的制备:将聚二甲基硅氧烷和交联剂甲基含氢硅油按照质量百分比浓度为1-10%的配比配成溶液,再将溶液注入内径为0.5-1.0mm范围的热缩管,加热固化之后剥去外层热缩管,即得到纤维状聚二甲基硅氧烷弹性基底;

(2)柔性碳纳米管内层电极的制备:使用步骤(1)制备的纤维状聚二甲基硅氧烷弹性基底,从化学气相沉积得到的碳纳米管阵列中拉出取向碳纳米管薄膜并附着于纤维状弹性基底上,在平移台上利用步进电机将碳纳米管薄膜均匀缠裹于弹性基底上,控制平移台和电机转速,缠裹一定层数后,再用乙醇溶液使碳纳米管收缩至致密,室温下挥干乙醇,得到缠裹了柔性碳纳米管内层电极的弹性基底;

(3)第一摩擦生电层的制备:将粒径在0.2-1.0µm范围的介电材料分散于乙醇溶液,将步骤(2)所制备的电极竖直放入上述分散液,利用不锈钢片作为对电极,在恒定直流电压下电泳沉积,得到第一摩擦生电层;

(4)第二摩擦生电层的制备:将介电材料和交联剂甲基含氢硅油按照质量百分比浓度为1-10%的配比配成溶液,真空脱气,除去气泡;在步骤(3)制备的第一摩擦生电层表面依次浸涂蔗糖溶液和蔗糖颗粒,室温晾干,将所配制的介电材料溶液均匀浸涂在蔗糖表面,放入烘箱处理至干燥,再将器件浸没于热水中,超声辅助溶去蔗糖层,得到与第一摩擦生电层间隔一定距离的第二摩擦生电层;

(5)柔性碳纳米管外层电极的制备及封装:将步骤(4)中所制备的已涂覆第二摩擦生电层(的纤维固定在平移台,利用步进电机将取向碳纳米管薄膜均匀缠裹于第二摩擦生电层表面,控制平移台和电机转速,缠裹一定层数后,用乙醇溶液使碳纳米管收缩至致密后,再次将介电材料溶液均匀涂敷在碳纳米管纤维表面,放入烘箱固化, 即得到可拉伸同轴纤维状摩擦发电和传感器件。

9.一种由权利要求1-7之一所述的可拉伸同轴纤维状摩擦发电和传感器件在可穿戴领域的应用,包括通过手工编织和工业纺织技术加工为织物。

当前第2页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1