一种自供电和自供热的柔性可穿戴摩擦纳米发电机及其制备方法

本发明属于柔性电子和光热存储领域，具体涉及一种自供电和自供热的柔性可穿戴摩擦纳米发电机及其制备方法。

背景技术：

1、智能柔性可穿戴摩擦纳米发电机(teng)在下一代可穿戴电子产品中显示出巨大的应用前景。其可以方便、高效地将人体运动中常见的分散能量收集并转换为电能，具有成本低、和可持续、绿色环保和普适性的优点。自供电teng技术和自加热可穿戴热管理纺织品技术的结合为智能柔性可穿戴摩擦纳米发电机和人体热管理带来了新的发展。

2、用于个人热管理的先进光热织物可以与柔性电子和能量采集设备集成，实现集人体热管理、传感、电子控制和自供电等多种功能于一体的新一代智能电子器件。然而，自供电和自供热的柔性可穿戴摩擦纳米发电机的进一步发展仍然面临着几个关键挑战。首先，两种或两种以上的涂层材料、编织结构和复合方式是实现多功能织物的必要条件，这限制了柔性可穿戴织物的应用。其次，teng摩擦层使用的商用织物不足以满足自供电柔性可穿戴摩擦纳米发电机的高功率输出要求。且大多数改性柔性可穿戴织物都是通过复杂而耗时的方法(如静电纺丝和特殊织造技术)制备。第三，大多数具有优异储热能量密度的光热存储材料无法与柔性可穿戴织物很好地复合，例如降冰片二烯、光化学相变偶氮苯分子等。当其作为摩擦层输出电流时，光热材料部分和织物部分发生脱离。第四，目前，大多数偶氮苯基光热材料在实际应用中依赖紫外光源和可见光源来储存和释放热量，而光源需要额外的电源，这在很大程度上限制了偶氮苯基光热织物的实际、可持续应用。因此，从材料的角度考虑，设计出新型的摩擦电材料，使得柔性可穿戴摩擦纳米发电机在不依赖任何外界电源和光源的条件下具有自供电和自供热的性质，实现在低温环境中具有优异电输出性能和人体热管理性能仍然是一项具有挑战性的任务。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种自供电和自供热的柔性可穿戴摩擦纳米发电机及其制备方法。

2、本发明提供的技术方案如下：

3、本发明涉及一种自供电和自供热的柔性可穿戴摩擦纳米发电机及其制备方法，该摩擦纳米发电机的摩擦层正极材料由柔性可穿戴光热织物构成。输出电流经整流器整流后对电容器进行充电，充电后的电容器可点亮紫外光灯和可见光灯。被点亮的紫外光灯和可见光灯可分别对柔性可穿戴光热织物充热和放热。

4、进一步地，该柔性可穿戴光热织物将含有动态键的偶氮苯聚合物光热材料作为涂层，包覆在具有柔性/弹性的织物模板上复合而成。

5、进一步地，紫外光灯波长范围为340-400nm，可见光灯波长范围为400-800nm.

6、进一步地，该偶氮苯聚合物光热材料为聚丙烯酰胺磺酸偶氮苯或聚丙烯酰胺羧酸偶氮苯中的一种，动态键为镁-氧和铁-氧配位动态键中的至少一种，织物模板为是聚酰胺纤维(尼龙)、聚酯纤维中的至少一种。

7、进一步地，包覆复合方法包括浸涂、旋涂、喷涂中的至少一种。

8、进一步地，聚丙烯酰胺磺酸偶氮苯为丙烯酰胺磺酸偶氮苯单体通过自由基聚合而成，聚丙烯酰胺羧酸偶氮苯为丙烯酰胺羧酸偶氮苯单体通过自由基聚合而成。

9、进一步地，含有动态键的偶氮苯聚合物光热材料包覆层的厚度范围为1微米至50微米。

10、进一步地，摩擦层负极材料采用聚二甲基硅氧烷pdms或硅胶ecoflex.

11、综上所述，本发明的有益效果是：本发明设计的自供电和自供热的柔性可穿戴摩擦纳米发电机可应用于柔性电子，能源存储和人体热管理领域。该柔性可穿戴摩擦纳米发电机可以方便、高效地将人体运动中常见的分散能量收集并转换为电能。摩擦层正极材料由柔性可穿戴光热织物构成，将该柔性可穿戴光热织物作为摩擦纳米发电机的摩擦层。一方面，输出电流经整流器整流后对电容器进行充电，将人体运动能量转化为电能；另一方面，充电后的电容器可点亮紫外光灯和可见光灯，被点亮的紫外光灯和可见光灯可分别对柔性可穿戴光热织物充热和放热，电能转化为光能，进一步转化为光热能存储、释放。这种自供电和自供热的柔性可穿戴摩擦纳米发电机可以在不依赖任何外界电源和光源的条件下实现在低温环境下人体保温热管理。本发明设计的一种自供电和自供热的柔性可穿戴摩擦纳米发电机及其制备方法在低温、高效，绿色环保人体热管理领域具有重要意义和应用前景。

技术特征：

1.一种自供电和自供热的柔性可穿戴摩擦纳米发电机及其制备方法，其特征在于，所述摩擦纳米发电机的摩擦层正极材料由柔性可穿戴光热织物构成。输出电流经整流器整流后对电容器进行充电，充电后的电容器可点亮紫外光灯和可见光灯。被点亮的紫外光灯和可见光灯可分别对柔性可穿戴光热织物充热和放热。

2.根据权利要求1所述的自供电和自供热的柔性可穿戴摩擦纳米发电机，其特征在于，所述柔性可穿戴光热织物将含有动态键的偶氮苯聚合物光热材料作为涂层，包覆在具有柔性/弹性的织物模板上复合而成。

3.根据权利要求1所述的自供电和自供热的柔性可穿戴摩擦纳米发电机，其特征在于，紫外光灯波长范围为340-400nm，可见光灯波长范围为400-800nm。

4.根据权利要求2所述的自供电和自供热的柔性可穿戴摩擦纳米发电机，其特征在于，所述偶氮苯聚合物光热材料为聚丙烯酰胺磺酸偶氮苯或聚丙烯酰胺羧酸偶氮苯中的一种，所述动态键为镁-氧和铁-氧配位动态键中的至少一种，所述织物模板为是聚酰胺纤维(尼龙)、聚酯纤维中的至少一种。

5.根据权利要求2所述的自供电和自供热的柔性可穿戴摩擦纳米发电机，其特征在于，所述包覆复合方法包括浸涂、旋涂、喷涂中的至少一种。

6.根据权利要求4所述的自供电和自供热的柔性可穿戴摩擦纳米发电机，其特征在于，所述聚丙烯酰胺磺酸偶氮苯为丙烯酰胺磺酸偶氮苯通过自由基聚合而成，聚丙烯酰胺羧酸偶氮苯为丙烯酰胺羧酸偶氮苯通过自由基聚合而成。

7.根据权利要求5所述的自供电和自供热的柔性可穿戴摩擦纳米发电机，其特征在于，所述包覆层的厚度范围为1微米至50微米。

8.采用权利要求1-7任一项所述的自供电和自供热的柔性可穿戴摩擦纳米发电机，其特征在于：摩擦层负极材料采用聚二甲基硅氧烷pdms或硅胶ecoflex。

技术总结
本发明涉及一种自供电和自供热的柔性可穿戴摩擦纳米发电机及其制备方法。所述摩擦纳米发电机的摩擦层正极材料由柔性可穿戴光热织物构成，其中，所述柔性可穿戴光热织物将含有动态键的偶氮苯聚合物光热材料作为涂层，包覆在具有柔性/弹性的织物模板上复合而成。将该柔性可穿戴光热织物作为摩擦纳米发电机的摩擦层，输出电流和电压。后继续将输出电流经整流器整流后对电容器进行充电，充电后的电容器可点亮紫外光灯和可见光灯。被点亮的紫外光灯和可见光灯可分别对柔性可穿戴光热织物充热和放热。此能量循环过程充分利用人体运动的能量，将其转化为电能，光能，后转化为光热能存储、释放。这种自供电和自供热的柔性可穿戴摩擦纳米发电机可以实现在低温环境下人体保温热管理。本发明所述一种自供电和自供热的柔性可穿戴摩擦纳米发电机及其制备方法为低温、高效，绿色环保人体热管理器件的制备提供了新策略。

技术研发人员：冯奕钰,王慧,封伟
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15