碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管的制作方法

本发明属于复合结构材料技术领域，涉及仿竹型复合结构管，更具体地涉及一种碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管。

背景技术

仿生学是当代材料科学发展的重要分支之一，通过研究、学习、模拟来复制和再造某些生物的特性、功能以及仿生材料，以提高人类适应和改造自然的能力。仿生学是在研究生物系统的结构、形状、性状、行为、原理的基础上，为工程技术提供新的设计思想、工作原理和系统构成的技术科学。

在自然界，生物体结构要承受自身的质量及生长环境的载荷，许多生物采用了管状结构，如：竹子、芦苇、牛角和秸秆等，并体现出优良的力学性能。如：竹子是自然界存在的一种典型的、具有良好力学性能的天然复合梯度材料，具有从细胞水平、组织水平，到宏观尺度的多级复合结构；其中空、壁薄、离散分布的竹节等外观形态，纤维管束的叠置分布和细胞壁多层结构等造就了竹材强度高、韧性好的优良力学特性，被认为是自然界中效能高的结构材料之一。研究表明，竹材的比强度比钢材高出3～4倍，同时在风载作用下各段抵抗弯曲变形能力基本相同。另外，竹节不仅能够增强竹子的抗弯强度，同时能大大地提高竹子横向的抗挤压和剪切的能力。对竹材的进一步研究发现，竹材的表层竹青的高强度和高韧性主要是由竹纤维结构的优越性所致。竹纤维的精细结构包含多层,每层中的纤维丝以不同升角分布，显示了功能适应性效果，即在一定的生态环境中生存的生物。必然具备对环境最大的适应能力,而这种功能对与生物体特定的内部构造和组成相关联，是自然进化的结果。竹材的空心柱、竹纤维层状排列、不同层面的界面内竹纤维升角逐渐变化的结构恰是功能适应性原理决定的，这对对人们开展复合材料的设计研究具有积极的指导作用，并将在汽车、航天、军工及工程领域具有广阔的应用前景。

竹子在结构、载荷和功能上的优异性能，为人们设计制造仿竹复合材料管提供了重要启示。如何设计性能更加优良的仿竹复合结构管，如何将纳米纤维材料应用于仿竹复合结构管来进一步提高强度和韧性，如何将仿竹复合结构管在工程环境中的冲击能量或振动能量收集起来并发电利用，这些技术问题需要进一步得到解决。

技术实现要素：

针对当前仿竹复合结构管技术发展存在的系列问题，本发明提供一种碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管，以达到优化提升仿竹复合结构管的各项性能指标。

本发明的一种碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管的实现具体技术方案包括：碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层、三维石墨烯过渡层、内支撑筒层、三维石墨烯仿竹节、外层、整流电路及蓄电池；所述碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层、三维石墨烯过渡层处于中部、内支撑筒层及三维石墨烯仿竹节从外至内依次设置，整体呈现复合梯度功能结构的协同效应；所述整流电路及蓄电池装配在内支撑筒层的中空结构中的三维石墨烯仿竹节旁；所述内支撑筒层为薄壁中空结构；所述三维石墨烯仿竹节呈中空环状结构；所述三维石墨烯仿竹节在内支撑筒层的中空结构中呈相隔一定距离排布装配；所述碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层包括：碳纳米管纤维束复合纱；所述碳纳米管纤维束复合纱有序螺旋缠绕在三维石墨烯过渡层外表面形成碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层；所述碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层的外面为外层；所述碳纳米管纤维束复合纱，包括：碳纳米管纤维束、摩擦材料或压电材料；所述碳纳米管纤维束通过碳纳米管纤维呈有序成束排列形成；所述碳纳米管纤维束作为力学增强型的导电电极，其外层包覆摩擦材料层或压电材料层，并呈紧密相接触状态；多个所述碳纳米管纤维束的导电电极采用并联或串联方式与整流电路及蓄电池相连接；所述摩擦材料或压电材料的外表面采用纳米结构化修饰的纳米结构。

上述方案中，所述碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层，包括：由两股所述碳纳米管纤维束复合纱相互扭绞呈波浪拱形交互结构，然后按一定升角度依次螺旋缠绕在三维石墨烯过渡层外表面，形成螺旋缠绕叠置层结构；所述碳纳米管纤维束复合纱相互扭绞呈波浪拱形交互，构成若干个垂直-分离摩擦纳米发电机结构；所述碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层的螺旋缠绕叠置层的每叠置层内，包括：两股相互扭绞碳纳米管纤维束复合纱，两股相互扭绞碳纳米管纤维束复合纱呈单层螺旋缠绕形成单层叠置层、双层螺旋缠绕形成双层叠置层或多层螺旋缠绕叠置形成多层叠置层；在所述每叠置层内的双层叠置层或多层叠置层，能够在每叠置层内的层与层之间形成横向摩擦，并构成若干个横向摩擦纳米发电机结构。

上述方案中，所述碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层，包括：由两股所述碳纳米管纤维束复合纱形成螺旋缠绕叠置单层结构、螺旋缠绕叠置双层结构或螺旋缠绕叠置多层结构；碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层的螺旋缠绕叠置结构的每叠置层之间装配有间隔弹性层；所述间隔弹性层采用具有绝缘弹性的薄膜材料；所述碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层，还包括：单股碳纳米管纤维束复合纱与单束金属丝材料导线相互扭绞呈波浪拱形构成的螺旋缠绕层；所述单股碳纳米管纤维束复合纱采用的摩擦材料电负性与单束金属丝材料导线相差较大；所述单束金属丝材料导线具有摩擦材料功能与电极材料功能的双重功能。

上述方案中，所述三维石墨烯过渡层和三维石墨烯仿竹节采用的三维石墨烯，所述三维石墨烯包括：三维氧化石墨烯、三维多孔石墨烯海绵、三维多孔石墨烯气凝胶、三维多孔石墨烯泡沫、三维多孔石墨烯水凝胶、三维多孔氧化石墨烯或三维石墨烯组装体复合材料；所述三维石墨烯组装体复合材料，包括：向三维石墨烯中添加石墨烯纳米片、碳纳米管或纳米颗粒材料。

上述方案中，所述摩擦材料包括：尼龙、棉布、橡胶、聚合物、各类金属、金属合金、编织的羊毛、编织的蚕丝、木材、人造纤维或复合材料；接触的两类摩擦材料，至少一种是绝缘体材料，以确保摩擦电荷能够维持在绝缘体材料表面；所述摩擦材料的表面采用纳米结构化修饰的纳米结构，包括：纳米纤维、纳米颗粒、纳米棒、纳米丝、纳米沟槽或纳米图案；所述摩擦材料包括：在摩擦材料中添加少量导电性能良好的纳米颗粒，以减小摩擦材料的阻尼。

上述方案中，所述压电材料，包括：压电半导体材料、压电聚合物材料、压电陶瓷材料、石英晶体压电材料、聚偏氟乙烯(pvdf)压电材料、六方铅锌矿结构的氮化镓(gan)压电材料、四方钛酸钡(batio3)压电材料或压电-摩擦电复合发电材料；所述压电-摩擦电复合发电材料包括：氮化镓(gan)/聚二甲基硅氧烷(pdms)复合发电材料或四方钛酸钡(batio3)/聚二甲基硅氧烷(pdms)复合发电材料。

上述方案中，所述内支撑筒层采用的材料包括：不锈钢材料、纤维材料、金属及合金材料、高分子材料或复合材料中的一种或几种；所述纤维材料包括：植物纤维、动物纤维、矿物纤维、再生纤维、合成纤维、人造纤维。

上述方案中，所述碳纳米管纤维的制备方法包括：静电纺丝法、化学气相生长法(cvd)、湿法纺丝法、干法纺丝法、阵列纺丝法或双卷曲法；所述碳纳米管纤维包括：单壁碳纳米管纤维或多壁碳纳米管纤维。

上述方案中，所述碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管中，还能够采用石墨烯纤维或其它纳米纤维来替代碳纳米管纤维来构成增强仿竹型集能发电复合结构管，并具有相似的技术效果；所述其它纳米纤维包括：纳米碳纤维、纳米无机材料纤维、纳米有机材料纤维或纳米复合材料纤维。

上述方案中，所述碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管能够在工程装备中运用其抗弯型、抗挤压性、抗剪切性均得到显著提高，并具有良好的强度与韧性，还能够收集转化装置存在的冲击力或振动力为电能，所以能够运用于广泛领域，如：桥式起重机正轨樑箱的加劲肋结构、起重机仿生型主樑结构、超重型数控机床结构、建筑工程梁内筋板结构、桥梁涵洞隧道承重结构、轨道交通车辆承重梁结构、车辆船舶防撞结构、农业机械装置承重结构、军事坦克承重梁结构、船舶承重梁结构、航天航空飞行器承重结构。

本发明的碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管工作过程如下：

碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管中采用碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层处于靠外部，三维石墨烯过渡层处于中部，内支撑筒层及三维石墨烯仿竹节处于内部，整体呈现复合梯度功能结构的协同效应；碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层，包括：由两股所述碳纳米管纤维束复合纱相互扭绞呈波浪拱形交互结构，然后按一定升角度依次螺旋缠绕在三维石墨烯过渡层外表面，形成螺旋缠绕叠置层结构；在螺旋缠绕叠置层的每层内，包括：两股相互扭绞碳纳米管纤维束复合纱，呈：单层螺旋缠绕方式、双层螺旋缠绕方式或多层螺旋缠绕方式；所述螺旋缠绕叠置层的每叠置层之间装配有间隔弹性层；间隔弹性层采用具有绝缘弹性的薄膜材料。因此，碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层与间隔弹性层相结合，其协同效应使碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管具有高强度、高韧性的优良力学特性。

当工程装置在工作时的不断运行移动，由于安装在工程装置承重结构中碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管采用了中空结构，实现减轻工程装置结构自重，不光能够减小工程装置运行移动时的阻力，还能有效降低工程装置的负荷。碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管是工程装置承载部件，不仅需要承载除工程装置构件等一些较重部件自身重力外，还需承载实际工作中恶劣路况带给工程装置带来的冲击力和振动力。决定着工程装置寿命的碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管，作为关键部件，提供了使工程装置在工作中稳定可靠性。由于采用了碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管，其比强度比钢材高；由于采用了碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层、三维石墨烯过渡层与三维石墨烯仿竹节相结合的协同结构，使风载作用下各段抵抗弯曲变形能力显著提高。由于采用三维石墨烯材料，不仅能够增强了抗弯强度，同时能大大地提高了横向的抗挤压和抗剪切的能力。

当工程装置在工作时是不断移动时，其冲击力与振动力对碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层产生影响。碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层，包括：由两股所述碳纳米管纤维束复合纱相互扭绞呈波浪拱形交互结构，然后按一定升角度依次螺旋缠绕在三维石墨烯过渡层外表面，形成缠绕叠置层结构；缠绕叠置层的每层内，包括：两股相互扭绞碳纳米管纤维束复合纱呈：单层螺旋缠绕方式、双层螺旋缠绕方式或多层螺旋缠绕方式；螺旋缠绕叠置层的每叠置层之间装配有间隔弹性层。在两股碳纳米管纤维束复合纱相互扭绞呈波浪拱形交互结构中，两股碳纳米管纤维束复合纱存在垂直接触-分离摩擦纳米发电机模式，在电介质-电介质材料结构中，由两种不同的介电材料作为摩擦接触面，其中部均为碳纳米管纤维束作为电极。当两种电介质摩擦材料由于外力作用相互接触时，会在摩擦接触表面形成符号相反的表面电荷，当外冲击力或振动力撤销时，摩擦接触表面在间隔弹性层作用下实现分离，两个碳纳米管纤维束电极之间通过整流电路外接负载电阻上时，会由于电极间的感应电势差形成电流。当在外冲击力或振动力作用下，导致两个摩擦面再次接触时，由摩擦电荷形成的电势差消失，形成方向相反的电流。碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管内部的垂直接触-分离模式的摩擦纳米发电机可以用来有效地收集转换冲击力或振动力带来的能量等。

当工程装置在工作时不断移动时，碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层内的两层存在两个摩擦接触面，它们构成横向摩擦纳米发电机模式；两个摩擦层之间相互接触时，摩擦层会沿与接触表面平行的水平方向产生相对位移，从而在两个摩擦接触面产生摩擦电荷，也能够驱动电子在两个碳纳米管纤维束电极间移动，以平衡摩擦电荷产生的电势场。通过周期性的滑动，产生交流信号，使并联或串联的多个碳纳米管纤维束电极通过整流电路，将横向摩擦发电的电流传输给蓄电池。因此，碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管具有收集转换装置的冲动力或振动力为电能功能。

本发明的碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管具有以下有益效果：

a、本发明的碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管，采用碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层处于靠外部，三维石墨烯过渡层处于中部，内支撑筒层及三维石墨烯仿竹节处于内部，整体呈现复合梯度功能结构的协同效应；由于在碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层内的两股所述碳纳米管纤维束复合纱相互扭绞呈波浪拱形交互结构，然后按一定升角度依次螺旋缠绕在三维石墨烯过渡层外表面，形成螺旋缠绕叠置层结构；由于碳纳米管纤维束复合纱、三维石墨烯过渡层与内支撑筒层及三维石墨烯仿竹节能够产生协同效应，因此抗弯型、抗挤压性、抗剪切性均得到显著提高，并具有良好的强度与韧性。

b、本发明的碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管，采用两股碳纳米管纤维束复合纱相互扭绞呈波浪拱形交互结构，其两股碳纳米管纤维束复合纱构成垂直接触-分离摩擦纳米发电机模式，当两种摩擦材料由于外冲击力或振动力作用下相互接触时，会在摩擦接触表面形成符号相反的表面电荷，当外冲击力或振动力撤销时，摩擦接触表面在间隔弹性层作用下实现分离，两个碳纳米管纤维束电极之间通过整流电路外接负载电阻，由于电极间的感应电势差形成电流而发电。

c、本发明的碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管，采用碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层，包括：螺旋缠绕双层叠置结构方式或螺旋缠绕多层叠置结构方式；螺旋缠绕双层叠置结构方式或螺旋缠绕多层叠置结构方式，能够形成层与层间的横向摩擦，并构成横向摩擦纳米发电机结构；两个摩擦层之间相互接触时，摩擦层会沿与接触表面平行的水平方向产生相对位移，从而在两个摩擦接触面产生摩擦电荷，也能够驱动电子在两个碳纳米管纤维束电极间移动，以平衡摩擦电荷产生的电势场。通过周期性的滑动，产生交流信号。因此碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管，具有收集转换装置冲动力或振动力为电能的功能。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管的单层螺旋缠绕叠置方式结构示意图；

图2是碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管的单层螺旋缠绕叠置方式截面结构示意图；

图3是碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管的双层螺旋缠绕叠置方式结构示意图；

图4是碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管的双层螺旋缠绕叠置方式截面结构示意图；

图5是碳纳米管纤维束复合纱的截面结构示意图；

图6是三维石墨烯仿竹节的截面结构示意图；

图7是两股碳纳米管纤维束复合纱相互扭绞呈波浪拱形交互结构示意图。

其中，单层螺旋缠绕叠置方式结构1、单层螺旋缠绕叠置方式截面结构2、双层螺旋缠绕叠置方式结构3、双层螺旋缠绕叠置方式截面结构4、第一碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层5、第一三维石墨烯过渡层6、第一内支撑筒层7、第一三维石墨烯仿竹节8、第一间隔弹性层9、第一外层10、第一碳纳米管纤维束复合纱11a、第二碳纳米管纤维束复合纱11b、第一中空结构12、碳纳米管纤维束13、摩擦材料层14、碳纳米管纤维15、纳米结构16、三维石墨烯材料17、中空环状结构18、波浪拱形交互结构21、第二碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层22、第二三维石墨烯过渡层23、第二内支撑筒层24、第二三维石墨烯仿竹节25、第二间隔弹性层26、第二外层27、第二中空结构28。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

实施例1.

本发明实施例1的碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管的单层螺旋缠绕叠置方式结构1示意图(见图1)，碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管的单层螺旋缠绕叠置方式截面结构2示意图(见图2)。

本发明的一种碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管的实施例1的具体技术方案包括：第一碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层5、第一三维石墨烯过渡层6、第一内支撑筒层7、第一三维石墨烯仿竹节8、第一间隔弹性层9、第一外层10、整流电路及蓄电池；碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管中的第一碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层5处于靠外部，第一三维石墨烯过渡层6处于中部，第一内支撑筒层7及第一三维石墨烯仿竹节8处于内部中空结构12中，从外至内依次设置整体呈现复合梯度功能结构的协同效应；第一碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层5包括：碳纳米管纤维束复合纱11；碳纳米管纤维束复合纱11(见图5)，包括：碳纳米管纤维束13、摩擦材料层14；碳纳米管纤维束13，包括：碳纳米管纤维15呈有序成束排列；碳纳米管纤维束13作为力学增强型的导电电极，其外层包覆摩擦材料层14，并呈紧密相接触状态；多个碳纳米管纤维束13电极采用并联或串联方式与整流电路及蓄电池相连接；摩擦材料层14的外表面为进行了纳米结构化修饰的纳米结构16；第一内支撑筒层7为薄壁的所述中空结构12；第一三维石墨烯仿竹节8由三维石墨烯17材料制造，呈中空环状结构18(见图6)；第一三维石墨烯仿竹节8在第一内支撑筒层7的中空结构12中呈相隔一定距离排布装配；碳纳米管纤维束复合纱11有序螺旋缠绕在第一三维石墨烯过渡层6外表面形成第一碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层5；第一碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层5的外面为第一外层10。

碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层5，采用由第一碳纳米管纤维束复合纱11a与第二碳纳米管纤维束复合纱11b相互扭绞呈波浪拱形交互结构21(见图7)，然后按45度升角度依次缠绕在第一三维石墨烯过渡层6外表面，形成第一碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层5结构；碳纳米管纤维束复合纱相互扭绞呈波浪拱形交互结构21，构成若干个垂直-分离摩擦纳米发电机结构。

第一三维石墨烯过渡层6和第一三维石墨烯仿竹节8采用的三维石墨烯17，所述三维石墨烯17采用三维多孔石墨烯海绵。两摩擦材料分别采用：(1)表面镀镍的纤维织物，并采用水热生长法在其表面生长氧化锌纳米线；(2)聚二甲基硅氧烷(pdms)。第一内支撑筒层7材料采用：不锈钢材料。

本发明实施例1的工作过程如下：

碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管中采用第一碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层5处于靠外部，第一三维石墨烯过渡层6处于中部，第一内支撑筒层7及第一三维石墨烯仿竹节8处于内部，整体呈现复合梯度功能结构协同效应；碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层5，采用：由两股所述碳纳米管纤维束复合纱相互扭绞呈波浪拱形交互结构21，然后按45度角度依次螺旋缠绕在第一三维石墨烯过渡层6外表面，形成螺旋缠绕叠置层结构；螺旋缠绕叠置层的每叠置层之间装配有第一间隔弹性层9。因此第一碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层5与第一间隔弹性层9的绝缘弹性薄膜材料相结合，其协同效应使碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管1具有高强度、高韧性的优良力学特性。

当碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管1安装在工程装置承重结构中，由于工程装置在工作时是不断移动的，由于利用了碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管1优化设计，采用了中空结构12，实现减轻工程装置结构自重，减小工程装置运行时的阻力，还能有效降低工程装置的负荷和制造成本。碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管1是工程装置承载部件，不仅需要承载除工程装置构件等一些较重部件自身重力外，还需承载实际工作中恶劣路况带给工程装置带来的冲击力和振动力。决定着工程装置寿命的碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管，作为关键部件，提供了使工程装置在工作中稳定可靠性。由于采用了碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管1，其比强度比钢材高，同时在风载作用下各段抵抗弯曲变形能力显著提高。另外，碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管1中的第一三维石墨烯仿竹节8和第一三维石墨烯过渡层6均采用三维石墨烯材料17，不仅能够增强了抗弯强度，同时能大大地提高了横向的抗挤压和剪切的能力。

当碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管1安装在工程装置承重结构中，由于工程装置在工作时是不断移动的，其冲击力与振动力对第一碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层5产生影响。第一碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层5，包括：由两股所述碳纳米管纤维束复合纱相互扭绞呈波浪拱形交互结构21，然后按45度角度依次螺旋缠绕在第一三维石墨烯过渡层6外表面，形成螺旋缠绕叠置层结构；螺旋缠绕叠置层的每叠置层之间装配有第一间隔弹性层9。在两股碳纳米管纤维束复合纱相互扭绞呈波浪拱形交互结构21中，两股碳纳米管纤维束复合纱存在垂直接触-分离摩擦纳米发电机模式，在电介质-电介质材料结构中，由两种不同的介电材料作为摩擦接触面，其中部均为碳纳米管纤维束作为电极。当两种电介质材料由于外力作用相互接触时，会在摩擦接触表面形成符号相反的表面电荷，当外冲击力或振动力力撤销时，在第一间隔弹性层9协同作用下摩擦接触表面分离，两个碳纳米管纤维束电极之间外接的负载电阻上会由于电极间的感应电势差形成电流。当外冲击力或振动力作用导致两个摩擦面再次接触时，由摩擦电荷形成的电势差消失，形成方向相反的电流。碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管1内部的垂直接触-分离模式的摩擦纳米发电机可以用来有效地收集转换冲击力或振动力带来的能量为电能。

实施例2.

本发明实施例2的碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管的双层螺旋缠绕叠置方式结构3示意图(见图3)，碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管的双层螺旋缠绕叠置方式截面结构4示意图(见图4)。

本发明的一种碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管的实例2采用具体技术方案包括：本发明的一种碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管的实例2的具体技术方案包括：第二碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层22、第二三维石墨烯过渡层23、第二内支撑筒层24、第二三维石墨烯仿竹节25、第二间隔弹性层26、第二外层27、整流电路及蓄电池；碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管3中的第二碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层22处于靠外部，第二三维石墨烯过渡层23处于中部，第二内支撑筒层24及第二三维石墨烯仿竹节25处于内部第二中空结构28中，整体呈现复合梯度功能结构的协同效应；碳纳米管纤维束复合纱缠绕叠置层22包括：碳纳米管纤维束复合纱11；碳纳米管纤维束复合纱11(见图5)，包括：碳纳米管纤维束13、摩擦材料层14；碳纳米管纤维束13，包括：碳纳米管纤维15呈有序成束排列；碳纳米管纤维束13作为力学增强型的导电电极，其外层包覆摩擦材料层14，并呈紧密相接触状态；多个碳纳米管纤维束13电极采用并联或串联方式与整流电路及蓄电池相连接；摩擦材料层14的外表面为进行了纳米结构化修饰的纳米结构16；第二内支撑筒层24为薄壁的所述第二中空结构28；第二三维石墨烯仿竹节25由三维石墨烯材料17制造，呈中空环状结构；第二三维石墨烯仿竹节25在第二内支撑筒层24的第二中空结构28中呈相隔一定距离排布装配；碳纳米管纤维束复合纱11有序缠绕在第二三维石墨烯过渡层23第一第二三维石墨烯过渡层23外表面形成第二碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层22；碳纳米管纤维束复合纱11螺旋缠绕叠置层22的外面为第二外层27。

第二碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层22，包括：由两股所述碳纳米管纤维束复合纱呈：螺旋缠绕叠置双层结构方式；螺旋缠绕叠置结构的每叠置层之间装配有第二间隔弹性层26；第二间隔弹性层26采用具有绝缘弹性的薄膜材料。其它采用材料和器件与实施例1相同，在此不再重复。

实施例2工作过程为：当第二碳纳米管纤维束复合纱螺旋缠绕叠置层22内的两层存在两个摩擦接触面时，构成横向摩擦纳米发电机模式；两个摩擦层之间相互接触时，摩擦层会沿与接触表面平行的水平方向产生相对位移，从而在两个摩擦接触面产生摩擦电荷，也能够驱动电子在两个碳纳米管纤维束电极间移动，以平衡摩擦电荷产生的电势场。通过周期性的滑动，产生交流信号而发电。因此，碳纳米管纤维增强仿竹型集能发电复合结构管具有收集转换冲击力或振动力为电能的功能。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。