基于摩擦纳米发电机的空气层添纱结构全成形传感护膝

本申请涉及纺织，特别涉及一种基于摩擦纳米发电机的空气层添纱结构全成形传感护膝。

背景技术：

1、运动在日常生活中是经常存在的，但是不科学的运动姿势可能会导致肌肉拉伤，严重的会导致扭伤甚至是骨骼错位，而且过度的运动还会导致身体关节以及韧带的拉伤，尤其是膝关节部位，有可能会导致出现不可逆的半月板损伤，给日常生活带来不便。护膝能将腿部髌骨固定在相对稳定的位置上，以保证其不轻易受伤。此外，护膝能够减少膝关节的弯曲，从而起到保护膝关节的作用。在运动的时候护膝还能够起到很好的保护作用，能够避免腿部的关节受到损伤，而且也可以减少膝关节的弯曲，避免局部受到损伤，另外还能够起到保温的作用。但是目前存在的护膝无法对人体的运动进行实时识别与监测，性能无法满足高要求用户的需求，因此还需要进一步扩展其性能范围。

2、如今身处在当今的信息时代，人们不仅仅需要与他人沟通合作，还不可避免地需要与计算机进行交互来完成某些需求。像这样的人与计算机相互传递、交流信息的场景被称为“人机交互”(hmi)。最为人们熟知的人机交互设备有鼠标、键盘、游戏手柄和触摸屏等。随着科技水平的不断发展，人们不再满足于传统形式的人机交互。各种各样的人机交互形式应运而生，其中，可穿戴式人机交互形式凭借其轻便、小巧以及可移动化的特点成为了研究热点，一大批可穿戴电子产品呈现出井喷式增长。其中，传感器作为可穿戴人机交互系统中的核心元件，起着举足轻重的作用。传统的传感器结构设计复杂，大多由刚性材料组成，同时还需要电池供电，这些因素都会大幅降低可穿戴电子设备的穿戴舒适性和耐用性。因此，解决电子设备能源问题和提高穿戴舒适性是目前可穿戴人机交互面临的两大挑战。

3、随着摩擦纳米发电机理论系统的逐步完善，越来越多各行各业的研究者们了解到这种新型能源有着巨大的发展前景并开始投身于其中。目前，不同结构设计、不同材料类型的各式各样的摩擦纳米发电机已经被应用在智能可穿戴、医疗健康、人机交互、海洋能收集等多种领域中。这些应用总和起来可以被分为三大类，包括微纳能源、自驱动传感器和蓝色能源。

4、目前，国内外可穿戴电子设备功能丰富，可以被穿戴在身体各种部位实现对人体心率、运动和睡眠的识别与监测，智能传感护膝的研究也在逐步发展，例如：

5、公开号为cn219878148u的专利文献公开了一种跑步膝损伤监测的柔性传感护膝，通过监测跑步过程中的膝关节处的压力和角度变化，加入震动反馈模块及时提醒膝关节损伤，然而其选用的膜状材料的透气性差，舒适性差，并且需要配备电池供电，产生额外的负重。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种基于摩擦纳米发电机的空气层添纱结构全成形传感护膝，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本申请采用的技术方案为：

3、第一方面，本申请提供了一种基于摩擦纳米发电机的空气层添纱结构全成形传感护膝，采用双针床全成形电脑横机编织而成，包括：

4、空气层添纱部，其与人体膝盖的位置相对应，用于摩擦发电；以及

5、大身部，其位于所述空气层添纱部的外周、且呈圆筒状，用于辅助固定；

6、其中，所述空气层添纱部包括从外而内依次设置的电极层、第一介电层、和第二介电层，所述电极层与所述第二介电层之间形成袋状中空结构，所述电极层与所述第一介电层形成添纱组织结构，所述电极层作为所述添纱组织的面纱，所述第一介电层作为所述添纱组织的地纱。

7、在一种可能的实现方式中，所述电极层由镀银锦纶编织而成，所述第一介电层由聚四氟乙烯编织而成，所述第二介电层由羊毛编织而成。

8、在一种可能的实现方式中，所述大身部由羊毛、涤纶、棉中的一种或多种组合编织而成。

9、第二方面，本申请提供了一种基于摩擦纳米发电机的空气层添纱结构全成形传感护膝的制备方法，所述方法适用于如上任一所述的基于摩擦纳米发电机的空气层添纱结构全成形传感护膝，所述方法在双针床全成形电脑横机的设计系统中进行设计，所述方法包括：

10、s1、基于成品设计需求，设置所述全成形传感护膝的横列数和纵行数；

11、s2、利用1+1的罗纹组织进行废纱的起底和落布编织，使得废纱在大身部编织前提前受到牵拉罗拉的牵拉，带动整个织物向下做落布动作；

12、s3、根据所述双针床全成形电脑横机不同的机号选择不同粗细的纱线并与纱嘴对应，具体为1号纱嘴和2号纱嘴对应大身部的纱线，3号纱嘴和4号纱嘴分别对应电极层和第一介电层的纱线，6号纱嘴对应第二介电层的纱线，5号纱嘴进行空穿，7号纱嘴和8号纱嘴喂入涤纶作为废纱与大身部的连接纱线便于后期拆线，10号纱嘴喂入羊毛作为废纱编织，全部设定完成后，生成上机文件；

13、s4、在所述双针床全成形电脑横机执行上述上机文件，按照上述步骤s3中的设置将不同的纱线依次穿入对应的纱嘴中，调节好纱线张力和编织速度后开始编织，得到所述基于摩擦纳米发电机的空气层添纱结构全成形传感护膝。

14、在一种可能的实现方式中，所述步骤s4中，所述全成形传感护膝开始编织之前还包括：设置所述电极层、所述第一介电层、和所述第二介电层选择隔针编织，所述大身部选择平针编织。

15、在一种可能的实现方式中，所述步骤s3中：所述3号纱嘴和4号纱嘴为添纱纱嘴。

16、在一种可能的实现方式中，所述步骤s3中：编织所述电极层的纱线材料为镀银锦纶，编织所述第一介电层的纱线材料为聚四氟乙烯，编织所述第二介电层的纱线材料为羊毛。

17、在一种可能的实现方式中，所述步骤s3中：编织所述大身部的纱线材料为羊毛、涤纶、棉中的一种或多种组合。

18、本申请提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

19、本申请提供的全成形传感护膝选用针织物作为摩擦纳米发电机的材料，具有优异的穿戴舒适性，很好地提高了透气性和柔韧性，降低可穿戴电子设备的重量，再利用针织全成形技术将基于摩擦纳米发电机的针织空气层添纱部与大身部相结合，减去了后期缝制的工序，极大地提高了生产效率，可以实现大规模生产。并且，摩擦纳米发电机不需要外部电池供电，能够收集人体日常活动中产生的机械能并将其转化成电能作为电源为可穿戴电子设备持续供电，同时还可以作为自供电的传感器使用。

技术特征：

1.一种基于摩擦纳米发电机的空气层添纱结构全成形传感护膝，采用双针床全成形电脑横机编织而成，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于摩擦纳米发电机的空气层添纱结构全成形传感护膝，其特征在于，所述电极层由镀银锦纶编织而成，所述第一介电层由聚四氟乙烯编织而成，所述第二介电层由羊毛编织而成。

3.根据权利要求1所述的基于摩擦纳米发电机的空气层添纱结构全成形传感护膝，其特征在于，所述大身部由羊毛、涤纶、棉中的一种或多种组合编织而成。

4.一种基于摩擦纳米发电机的空气层添纱结构全成形传感护膝的制备方法，其特征在于，所述方法适用于如权利要求1至3任一所述的基于摩擦纳米发电机的空气层添纱结构全成形传感护膝，所述方法在双针床全成形电脑横机的设计系统中进行设计，所述方法包括：

5.根据权利要求4所述的基于摩擦纳米发电机的空气层添纱结构全成形传感护膝的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中，所述全成形传感护膝开始编织之前还包括：

6.根据权利要求4所述的基于摩擦纳米发电机的空气层添纱结构全成形传感护膝的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中：

7.根据权利要求4所述的基于摩擦纳米发电机的空气层添纱结构全成形传感护膝的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中：

8.根据权利要求4所述的基于摩擦纳米发电机的空气层添纱结构全成形传感护膝，其特征在于，所述步骤s3中：

技术总结
本申请关于一种基于摩擦纳米发电机的空气层添纱结构全成形传感护膝，涉及纺织领域。本申请提供的全成形传感护膝选用针织物作为摩擦纳米发电机的材料，具有优异的穿戴舒适性，很好地提高了透气性和柔韧性，降低可穿戴电子设备的重量，再利用针织全成形技术将基于摩擦纳米发电机的针织空气层添纱部与大身部相结合，减去了后期缝制的工序，极大地提高了生产效率，可以实现大规模生产。并且，摩擦纳米发电机不需要外部电池供电，能够收集人体日常活动中产生的机械能并将其转化成电能作为电源为可穿戴电子设备持续供电，同时还可以作为自供电的传感器使用。

技术研发人员：陈超余,刘美利,邱宇豪,宋金龙,马丕波,丛洪莲,蒋高明
受保护的技术使用者：江南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24