实现自发热；当希望保暖衣快速升温保暖时，则选用双电极摩擦电纳米发电机作为功率源；当希望保暖衣升温速率较低时，则选用单电极摩擦电纳米发电机作为功率源。由于双电极摩擦电纳米发电机的输出功率较大，单电极摩擦电纳米发电机的输出功率较小，因此，可选择性地对自发热保暖衣的发热保暖效率进行调控。
[0041]进一步地，所述导电层104和导电内膜102通过导线连接到发热网101上以构成回路，从而驱动发热网101工作。
[0042]进一步地，所述柔性聚合物层103为容易得到电子的高分子聚合物材料中的一种，其中，下列材料按照排列的顺序具有越来越强的得电子能力:聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯弹性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚氯丁二烯、天然橡胶、聚丙烯腈、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯。限于篇幅的原因，本发明不能对所有可能的材料进行例举，此处仅列出几种具体的聚合物材料以供参考，但是显然这些具体的材料并不能成为本发明保护范围的限制性因素，因为在发明的启示下，本领域的技术人员根据这些材料所具有的摩擦电特性很容易选择其他类似的材料。
[0043]进一步地，当柔性聚合物层103的材料与导电内膜102的材料的得电子能力相差越大时，所述摩擦电纳米发电机输出的电信号越强，自发热效率越高，所以，可以根据材料的不同摩擦电性质来挑选，以获得最优的发热效率。
[0044]进一步地，所述导电层104为导电材料，可选自金属薄膜或铟锡氧化物薄膜，更优选为金属薄膜，例如铝膜、金膜、铜膜。
[0045]进一步地，所述导电层104应该与所述柔性聚合物层103紧密接触，以保证电荷的传输效率，较好的方式是将构成导电层104的导电材料通过沉积的方式在所述柔性聚合物层103的外表面沉积成膜，具体沉积方法为磁控溅射或蒸镀等。
[0046]另外，本发明对于制备所述导电内膜102的材料没有特殊要求，只要其与柔性聚合物层103相接触的表面具有导电性即可，具有导电性能的材料都相对容易失去电子，在与柔性聚合物层103接触时就能够形成电荷的转移，从而产生净剩电荷，用于发电。常规的导电材料均可用于本发明，例如金属、玻碳材料、铟锡氧化物ITO导电材料以及上述材料的组合。所述金属可以是铝、金、铜等纯金属，也可以是多种金属的合金。由于与柔性聚合物层103接触的仅仅是导电内膜102的一面，所以仅要求导电内膜102与柔性聚合物层103接触的一面由导电材料构成，而对其内部材料没有特殊要求。因此，所述导电内膜102可以是组分均匀的一体结构，如玻碳、单一金属或合金等，也可以是基体通过包覆、沉积或镀的方法在表面形成导电材料层的非均匀结构。
[0047]图2和图3为本发明的基于单电极摩擦电纳米发电机的自发热保暖衣的结构示意图。当对发热升温速率或效率要求较低时，可以采用此技术，即只需要将摩擦电纳米发电机的一端102连接在发热网101上，另一端104悬空。这时，在相同条件下摩擦电纳米发电机的输出功率降低，发热网101的升温速度和发热效率也降低。图3是对图2的进一步简化，由于柔性聚合物层103的电极层104处于悬空状态，实际起发电作用的是导电内膜102和柔性聚合物层103，因此，可以去掉电极层104，直接形成单电极摩擦电纳米发电机，并用来驱动发热网101。
[0048]在本发明一实施例中，可采用以下方法来制备所述自发热保暖衣:
[0049]首先采用蒸镀法在长1cmX宽20cmX厚150 μπι的聚二甲基硅氧烷的一表面均匀镀一层铜Cu膜(厚度为200nm)，然后将一块Al膜(厚度为200 μ m)作为导电内膜，在Al膜和Cu膜上引出导线，并连接到发热网上；将Al膜和聚二甲基硅氧烷互相拍打，并用热电偶记录镶嵌于保暖衣内的发热网的温度，发现经过一段时间后，发热保暖衣内温度升高。
[0050]这说明基于双电极摩擦电纳米发电机的自发热保暖衣的设计是成功的，能够达到自发热保暖的效果。
[0051]在本发明另一实施例中，可采用以下方法制备自发热保暖衣:
[0052]将一片长20cmX宽30cmX厚500 μ m的聚四氟乙烯作为柔性聚合物层，将一块等面积大小的Cu膜(厚度为200 μπι)作为导电内膜，Cu膜引出导线并与碳纤维发热网连接；将聚四氟乙烯片与Cu膜互相拍打，经过一段时间后，发现保暖衣内的发热网温度升高。
[0053]这说明基于单电极摩擦电纳米发电机的自发热保暖衣的设计也是成功的，能够达到自发热保暖的效果。
[0054]在本发明的第三个实施例中，可以采用以下方法制备发热效率更高的自发热保暖衣:
[0055]首先采用蒸镀法在长5cmX宽6.5cmX厚10nm的聚二甲基娃氧烧的一表面均勾镀一层Cu薄膜(厚度为300nm)，冷却后将一根导线的一端通过焊接固定在Cu薄层的外侧，实现Cu薄层与导线的连接，如此形成由聚二甲基硅氧烷和Cu薄膜构成的柔性聚合物层和导电层；然后将一块Al膜(厚度为150 μπι)作为导电内膜，并且引出导线；将带Cu薄膜的聚二甲基硅氧烷和Al膜平铺在一起，内层增加一层内层布料，外层增加一层外层布料，将内层布料、摩擦电纳米发电机和外层布料由内向外用普通的尼龙线或者棉线与敷设有发热网的布料一起缝制成一件衣服，所述发电机的两极分别连接发热网；当人体有任何活动时，摩擦电纳米发电机收集机械能并转换成电能直接驱动碳纤维发热网，使保暖衣发热。
[0056]本发明的一个重要特点就是全部选用柔性材料，这些材料不仅柔性极高，质量很轻，并且成本低廉。
[0057]本发明的另一个重要特点是可以采用单电极摩擦电纳米发电机收集人体活动的机械能用来驱动发热网，打破了常规的双电极设计思路，极大的简化了结构和制备工艺，节约了成本，非常有利于基于摩擦电纳米发电机的自发热保暖衣在生产生活中的推广和应用。
【主权项】
1.一种自发热保暖衣，包括镶嵌有发热网(101)的衣服和摩擦电纳米发电机，所述摩擦电纳米发电机包括柔性导电内膜(102)、柔性聚合物层(103)和导电层(104)，所述摩擦电纳米发电机与发热网(101)连接。2.根据权利要求1所述的自发热保暖衣，其特征在于，所述摩擦电纳米发电机贴合于人体任一部分或者与发热网一起镶嵌于衣服内。3.根据权利要求1所述的自发热保暖衣，其特征在于，所述导电内膜(102)与导电层(104)为摩擦电纳米发电机的电压和电流输出电极；所述摩擦电纳米发电机与发热网连接时，可将导电内膜(102)和导电层(104)与发热网连接，或者只将导电内膜(102)与发热网连接。4.根据权利要求1所述的自发热保暖衣，其特征在于，所述摩擦电纳米发电机由导电内膜(102)和柔性聚合物层(103)组成，所述发热网与导电内膜(102)连接。5.根据权利要求1所述的自发热保暖衣，其特征在于，所述柔性聚合物层(103)的材料为得电子能力强的材料，所述导电内膜(102)的材料为得电子能力弱的材料。6.根据权利要求1所述的自发热保暖衣，其特征在于，所述柔性聚合物层(103)为易得电子的高分子聚合物材料，具体为聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚氯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯弹性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚氯丁二烯、天然橡胶、聚丙烯腈或聚双苯酚碳酸酯。7.根据权利要求1所述的自发热保暖衣，其特征在于，所述导电内膜(102)为导电材料或者表面包覆、沉积、蒸镀有导电材料的非均匀结构。8.根据权利要求1所述的自发热保暖衣，其特征在于，所述导电内膜(102)的厚度为I μπι?2mm ;所述柔性聚合物层(103)的厚度为10nm?1mm。9.根据权利要求1所述的自发热保暖衣，其特征在于，所述柔性聚合物层(103)面对导电内膜(102)的表面全部或部分设置纳米、微米或次微米量级的微结构，所述导电内膜(102)与柔性聚合物层(103)接触的表面全部或部分设置纳米、微米或次微米量级的微结构，所述微结构为纳米线、纳米管、纳米颗粒、纳米棒、纳米花、纳米沟槽、微米沟槽、纳米锥、微米锥、纳米球和微米球状结构，以及由前述结构形成的阵列。10.一种自发热保暖衣的制作方法，包括以下步骤: 步骤1:制备内表面具有导电性的导电内膜(102);采用易得电子的高分子聚合物材料制备柔性聚合物层(103);采用沉积法在所述柔性聚合物层(103)表面沉积导电材料，形成导电层(104)； 步骤2:将步骤I得到的导电内膜102和沉积有导电层的柔性聚合物层(103)层叠形成摩擦电纳米发电机，裁剪为衣服形状或其他形状，并缝制，其中，所述导电内膜带导电性的一面面对柔性聚合物层(103)； 步骤3:将步骤2缝制得到的摩擦电纳米发电机的导电层(104)和导电内膜(102)用导线与镶嵌于衣服内的发热网连接； 步骤4:将步骤2摩擦电纳米发电机缝制的衣服形状或其他形状与镶嵌有发热网的衣服缝制在一起，得到本发明所述自发热保暖衣。
【专利摘要】本发明提供了一种自发热保暖衣，属于保暖衣领域。包括镶嵌有发热网的衣服和摩擦电纳米发电机，所述摩擦电纳米发电机包括柔性导电内膜、柔性聚合物层和导电层，所述摩擦电纳米发电机与发热网连接；所述摩擦电纳米发电机可与发热网一起镶嵌于衣服内或者贴合于人体任一部分，或者缝制成衣服一起穿戴。本发明自发热保暖衣通过收集人体活动时自身产生的动能，并将动能转换为电能，用于驱动发热网发热，实现自发热保暖；本发明自发热保暖衣发热效率高，性能稳定可靠，且制作保暖衣的工艺简单，成本低廉，利于工业化的推广和应用。
【IPC分类】A41D27/00, A41D1/00, H02N1/04
【公开号】CN104921316
【申请号】CN201510291815
【发明人】张虎林, 林媛
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月1日