一种二维柔性微型发电供电系统及其制备方法与流程

本发明涉及一种二维柔性，可在反复拉伸扭曲折叠下正常工作的电子皮肤及由其构成的一套微型发电供电系统，及其这种二维柔性电子皮肤和该套微型发电供电系统的制备方法。

背景技术：

不同的材料表面具有不同的电子亲和能。当两种具备不同电子亲和能的材料相互接触时，由于两者约束电子的能力不同，电子发生转移，使两者带上等量的异种电荷。而人体在移动特别是激烈运动的时候，摩擦产生的电能是非常可观的。然而如何有效快速的将这种电能捕获，转移，储存并加以利用，一直是一个受到强烈关注而又缺少有效和高效解决方法的课题。

技术实现要素：

本发明的目的是制备一种二维柔性的，可以承受反复拉伸，扭曲，折叠，且不影响正常工作的，能够将摩擦产生的电能及时捕获，转移并储存起来以给负载持续供电的微型发电供电系统及其制备方法。

这种二维柔性微型发电供电系统一共包括了四部分：二维柔性微型发电电子皮肤，电能储存组件，电源管理电路及电性相连的外部负载。所有四部分是电性连接的。其中所述二维柔性微型发电电子皮肤包括二维柔性硅橡胶，位于二维柔性硅橡胶中部的银纳米线网络，导电胶带；所述电能储存组件为电容器；所述负载为发光二极管。其中最为关键的是二维柔性微型发电电子皮肤，它在横行和竖向两个方向上最大可以拉伸至原有长度的3倍，可以折叠及扭曲，同时还能正常工作。其中主要的原因在于：第一，所述电子皮肤的主体由超柔性硅胶构成；第二，所述银纳米线网络中银纳米线相互交缠，具备在严重形变下保持静电感应和电子输送的能力。所述二维柔性硅橡胶的厚度为2毫米；所述银纳米线网络的厚度为5微米；其中银纳米线网络中银纳米线的直径为100纳米，长度为200微米。

制备上述二维柔性微型发电供电系统，首先要制备其中最为关键的二维柔性微型发电电子皮肤。所述二维柔性微型发电电子皮肤包括了一个三文治夹层结构的硅胶-银纳米线网络-硅胶结构。先在一个正方形的聚丙烯酸酯平板清洗干净，在上面贴上胶布，将平板边缘部分用胶布贴上，形成一个正方形框架；将比重为0.1％的银纳米线混合液逐滴滴加到这个正方形框架所限定的中心部位，轻轻击打聚丙烯酸酯平板边缘使银纳米线混合液分布均匀，然后在35摄氏度的烘箱中干燥后，移除聚丙烯酸酯平板边缘的胶带，并使用新的胶带将聚丙烯酸酯的侧面包围起来；将超柔性硅胶的a剂和b剂以1:1的重量比混合均匀后，倒入带有银纳米线网络的聚丙烯酸酯平板上面，厚度为1毫米，轻敲聚丙烯酸酯侧面，赶除硅胶混合液中的微小气泡，保证银纳米线网络完全浸没其中，然后在室温下让超柔性硅胶交联固化，时间为5小时；然后移除包覆在聚丙烯酸酯平板侧面的胶带，轻轻将固化后的超柔性硅胶连同镶嵌其中的银纳米线网络一起从聚丙烯酸酯平板上剥离下来，这样就得到了一层超柔性硅胶以及相连镶嵌在一个表面的银纳米线网络层。接着，将所得超柔性硅胶连同银纳米线网络翻转过来，取一条导电胶带并用银胶将其与银纳米线网络相连接，再用胶带将硅胶侧面包围起来；将超柔性硅胶的a剂和b剂以1:1的重量比混合均匀后，倒入上述硅胶的带有银纳米线网络的那一面上面，厚度同样为1毫米，轻敲聚丙烯酸酯侧面，赶除硅胶混合液中的微小气泡，保证银纳米线网络完全浸没其中，然后在室温下让超柔性硅胶交联固化，时间为5小时；移除硅胶侧面包覆的胶带，最终得到三文治夹层结构的二维柔性微型发电电子皮肤。最后，将所述二维柔性微型发电电子皮肤与所述电能储存组件，电源管理电路以及负载电性连接，共同构成一套二维柔软微型发电供电系统。

这里，所述二维柔性微型发电电子皮肤的工作原理基于摩擦生电荷静电感应。使用中，可以将二维柔性发电电子皮肤穿在人体身上，当人体移动时，人体皮肤与二维柔性发电电子皮肤发生反复接触和相对位移，因为人体皮肤和硅胶表面的亲电性差异较大，对电子的约束力不同，二者之间发生电子转移，其中人体表面产生正电荷，而硅胶表面产生负电荷，当人体皮肤由接触硅胶到远离硅胶的过程中，位于硅胶中间的银纳米线网络因静电感应产生与硅胶表面负电荷相反的正电荷，电子流动产生电流并在电能储存组件，也就是电容上产生电压，这样一来，电能先被储存于电能储存组件中，然后再经电源管理电路与外部负载相连，对外部负载实现持续的供电。

附图说明

图1是本发明所述二维柔性微型发电供电系统示意图

图2是本发明所述二维柔性微型发电电子皮肤结构示意图

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

一种二维柔性微型发电供电系统，包括了二维柔性微型发电电子皮肤1，电能储存组件2，电源管理电路3及负载4。其中电能储存组件为电容器，负载为发光二极管。其中二维柔性微型发电电子皮肤包括二维柔性硅橡胶5，位于二维柔性硅橡胶中部的银纳米线网络6，导电胶带7。其中二维柔性硅橡胶的厚度为2毫米，银纳米线网络的厚度为5微米；其中银纳米线网络中银纳米线的直径为100纳米，长度为200微米。

制备上述二维柔性微型发电供电系统的步骤包括：

第一，银纳米线网络的成型：先在一个正方形的聚丙烯酸酯平板清洗干净，在上面贴上胶布，将平板边缘部分用胶布贴上，形成一个正方形框架；将比重为0.1％的银纳米线混合液逐滴滴加到这个正方形框架所限定的中心部位，轻轻击打聚丙烯酸酯平板边缘使银纳米线混合液分布均匀，然后在35摄氏度的烘箱中干燥后，移除聚丙烯酸酯平板边缘的胶带，并使用新的胶带将聚丙烯酸酯的侧面包围起来，待用。

第二，第一层硅胶的制备：将超柔性硅胶的a剂和b剂以1:1的重量比混合均匀后，倒入上述步骤一中得到的带有银纳米线网络的聚丙烯酸酯平板上面，厚度为1毫米，轻敲聚丙烯酸酯侧面，赶除硅胶混合液中的微小气泡，保证银纳米线网络完全浸没其中，然后在室温下让超柔性硅胶交联固化，时间为5小时；然后移除包覆在聚丙烯酸酯平板侧面的胶带，轻轻将固化后的超柔性硅胶连同镶嵌其中的银纳米线网络一起从聚丙烯酸酯平板上剥离下来，这样就得到了一层超柔性硅胶以及相连镶嵌在一个表面的银纳米线网络层。

第三，第二层硅胶的制备：将步骤二所得超柔性硅胶连同银纳米线网络翻转过来，取一条导电胶带并用银胶将其与银纳米线网络相连接，再用胶带将硅胶侧面包围起来；将超柔性硅胶的a剂和b剂以1:1的重量比混合均匀后，倒入上述硅胶的带有银纳米线网络的那一面上面，厚度同样为1毫米，轻敲聚丙烯酸酯侧面，赶除硅胶混合液中的微小气泡，保证银纳米线网络完全浸没其中，然后在室温下让超柔性硅胶交联固化，时间为5小时；移除硅胶侧面包覆的胶带，最终得到三文治夹层结构的二维柔性微型发电电子皮肤。

最后，将上述步骤三所得到的二维柔性微型发电电子皮肤与所述电能储存组件，电源管理电路以及负载电性连接，共同构成一套二维柔软微型发电供电系统。使用中，将二维柔性发电电子皮肤穿在人体身上，当人体移动时，人体皮肤与二维柔性发电电子皮肤发生反复接触和相对位移，其中硅胶表面因摩擦产生负电荷，银纳米线网络因静电感应产生相反的正电荷，电子流动产生电流电压，电能先储存于电能储存组件中，经电源管理电路与外部负载相连，并对负载继续供电。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种二维柔性的微型发电供电系统以及制备方法。所述二维柔性微型发电供电系统包括了二维柔性微型发电电子皮肤，电能储存组件，电源管理电路和负载，其中二维柔性微型发电电子皮肤包括了二维柔性硅橡胶，镶嵌于二维柔性硅橡胶中部的银纳米线网络和导电胶带；所述制备方法主要包括二维柔性微型发电电子皮肤的制备和系统的连接。该二维柔性微型发电供电系统可以穿于人体身上，将人体皮肤和所述电子皮肤直接的摩擦静电转化为可继续供电的供电来源，构成一套独立的不需外置电源支持的微型发电供电系统。

技术研发人员：冯积盛
受保护的技术使用者：九号能源科技有限公司
技术研发日：2017.12.28
技术公布日：2019.07.05