CN104233579A - 一种含芯压电纤维织物 - Google Patents

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杜建周
刘俊亮
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王昌龙
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一种由含芯压电纤维编织或针织成的织物，将多根含芯压电纤维沿同一直线方向或曲线平行编织或针织，或沿不同直线方向或曲线方向交叉编织或针织，或编织或针织成结并沿直线方向或曲线方向延伸，形成含有含芯压电纤维区域，这一区域再和其他纺织纤维编织或针织成的区域编织或针织后，形成织物的一层或多层。这样，织物中含有含芯压电纤维的区域就可以用作传感器或驱动器。由于这种含芯压电纤维织物具有柔软、可折叠的性能，可以做成手套、背心、护腕带、护踝带、袜子等可穿戴结构，穿戴在生物体身体上或机器人身体上，用作传感器感知生物体内部的健康状况、生物体或机器人的动作或外界的作用力；也可以用作驱动器，把外界信号加在这种织物上，生物体通过感知织物的变形、振动等，感知外界的信号；还可以用作声波传感器或驱动器，感知外界的声波或发射声波。

Description

一种含芯压电纤维织物
技术领域
本发明涉及一种含芯压电纤维织物，具体地，涉及一种含芯高分子压电纤维编织或针织物。 
背景技术
压电材料具有正压电效应和逆压电效应，利用压电材料做成的压电器件可以用作传感器、驱动器、变压器或其它类型的换能器。 
中国发明专利CN102084048A公开了一种线性电子传感器，这种可以编织的传感器装置可以合并到服装中，可以监视人的运动，其中权利要求6提出所述电丝线的电子特性是压电性的。但是，目前，世界上还没发现具有压电性的电丝线。 
中国发明专利CN170793A公开了一种金属芯的压电陶瓷纤维，其中权利要求13公开了压电材料为聚偏氟乙烯(PVDF)或聚氯乙烯(PVC)含金属芯压电纤维。中国发明专利CN101304069A公开了一种部分涂布电极的含有金属芯的压电陶瓷纤维，其中权利要求9公开了压电材料为压电高分子材料的含金属芯压电纤维。上述中国发明专利中含有金属芯的压电高分子纤维，都是单独作为传感器或驱动器或采集能量器使用，无法满足大范围的柔性使用要求。 
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种含芯压电纤维织物，以克服现有技术的上述缺陷。该含芯压电纤维织物，可以制成可穿戴的柔性服装，用作传感器，感知受力、变形、振动、声波、温度等变化，也可以用作驱动器，驱动服装产生编码信息，有效扩大了含金属芯压电纤维作为传感元件和驱动元件的使用范围。 
上述目的通过如下技术方案实现：一种含芯压电纤维织物，该织物中至少一层，或至少一层中的某一区域是由含芯压电纤维和其它纺织纤维混合编织或针织而成，其中含芯压电纤维包括至少一个内部的导电芯和包裹在该导电芯上的具有压电性能的高分子材料，该压电纤维的表面部分地或全部涂布至少一个导电电极，该导电电极的外部覆盖有柔软的绝缘材料。
选择地，所述织物为多根含芯压电纤维沿同一直线方向或曲线平行编织或针织，或沿不同直线方向或曲线方向交叉编织或针织，或编织或针织成结并沿直线方向或曲线方向延伸。 
具体地，所述导电芯位于纤维的中心位置，导电芯为金属材料，该导电芯的横截面为圆形或椭圆形或长圆形或卵形或多边形，或该导电芯为片状或薄膜。 
优选地，所述具有压电性能的高分子材料为聚偏氟乙烯(PVDF)，或聚氯乙烯，或含有聚偏氟乙烯(PVDF)或聚氯乙烯组分的复合材料。 
具体地，所述纤维表面至少有一个导电电极，沿着纤维轴线方向连续或不连续地延伸，或在纤维表面呈螺旋形状。 
优选地，所述压电纤维表面导电电极为铟锡氧化物或石墨烯或银纳米线膜或其组合，或其它金属材料。 
具体地，所述所述压电纤维表面导电电极的外部覆盖有柔软的绝缘材料为绝缘柔性环氧树脂或绝缘柔性胶。 
选择地，所述含芯压电纤维的横截面呈圆形、椭圆形、长圆形、卵形或多边形。 
具体地，所述织物至少有一个电路接口和外界相连，一个区域中的每根含芯压电纤维的导电芯和表面电极通过2根金属线电气连接到电路接口上，或一个区域中的全部含芯压电纤维电气串联或并联后，通过2根金属线电气连接到电路接口上，金属线也编织或针织到整个织物中。 
选择地，所述其它纺织纤维包括：棉纱纤维、聚酯纤维、晴纶纤维、聚丙烯纤维、和它们组合混纺纤维。 
通过上述技术方案，本发明的含芯压电纤维织物可以实现传统的压电元件的驱动和传感功能，可以用作驱动器、传感器、变压器以及换能器等，尤其可以实现较大面积的传感或驱动功能，克服了现有的含金属芯压电纤维的应用缺陷，从而具有显著改善的传感或驱动能力。 
附图说明
图1为本发明含芯压电纤维织物中含芯压电纤维的结构示意图。 
图2为本发明含芯压电纤维织物的第一种实施方案示意图。 
图3为本发明含芯压电纤维织物的第二种实施方案示意图。 
图4为本发明含芯压电纤维织物的第三种实施方案示意图。 
图中：1含芯压电纤维、2纺织纤维、101导电芯、102具有压电性能的高分子材料、103表面电极、104柔软的绝缘材料。 
具体实施方式
以下结合附图描述本发明发明含芯压电纤维织物的具体实施方式。 
首先描述含芯压电纤维的结构，图1显示了所述含芯压电纤维的结构。 
实施例1 
如图1所示，含芯压电纤维包括导电芯101、具有压电性能的高分子材料102、表面电极103、柔软的绝缘材料104，导电芯棒101处于中心位置，导电芯101的横截面呈圆形，当然也可以是其它形状，具有压电性能的高分子材料102均匀地包裹在导电芯101上，具有压电性能的高分子材料102的表面涂布有至少一个表面电极103，在纤维的表面包裹有柔软的绝缘材料104。 
实施例2 
如图2所示，多根含芯压电纤维1沿不同直线方向交叉编织或针织，每根含芯压电纤维的结构和尺寸完全相同，沿同一直线方向的多根含芯压电纤维相互平行，相邻含芯压电纤维之间的距离相等。 
实施例3 
如图3所示，多根含芯压电纤维1和多根其他纺织纤维2编织或针织成结。 
实施例4 
如图4所示，织物中的几个区域由多根含芯压电纤维1编织或针织而成，其余区域由多根其他纺织纤维2编织或针织而成。 
由上描述可见，本发明提供了一种由含芯压电纤维编织或针织成的织物，具体地，将多根含芯压电纤维沿同一直线方向或曲线平行编织或针织，或沿不同直线方向或曲线方向交叉编织或针织，或编织或针织成结并沿直线方向或曲线方向延伸，形成含有含芯压电纤维区域，这一区域再和其他纺织纤维编织或针织成的区域编织或针织后，形成织物的一层。这样，织物中含有含芯压电纤维的区域就可以用作传感器或驱动器。由于这种含芯压电纤维织物具有柔软、可折叠的性能，可以做成手套、背心、护腕带、护踝带、袜子等可穿戴结构，穿戴在生物体身体上或机器人身体上，用作传感器感知生物体内部的健康状况、生物体或机器人的动作或外界的作用力；也可以用作驱动器，把外界信号加在这种织物上，生物体通过感知织物的变形、振动等，感知外界的信号；还可以用作声波传感器或驱动器，感知外界的声波或发射声波。 
本技术方案的含芯压电纤维，导电芯一般选用金属材料，例如铂金、金、钼和钨中的一者或两者以上的合金。导电芯101的横截面可以为圆形、椭圆形、长圆形、卵形或多边形。具有压电性能的高分子材料102可以为聚偏氟乙烯(PVDF)，或聚氯乙烯，或含有聚偏氟乙烯(PVDF)或聚氯乙烯组分的复合材料。 
一般地，本技术方案的含芯压电纤维的截面可以呈圆形，也可以根据实际应用场合的需要为椭圆形、长圆形、卵形或多边形。 
一般地，本技术方案的含芯压电纤维的表面电极沿着纤维轴线方向连续或不连续地延伸，或在纤维表面呈螺旋形状，可以是金属材料，也可以是铟锡氧化物或石墨烯或银纳米线膜或其组合 
在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，可以通过任何合适的方式进行任意组合，其同样落入本发明所公开的范围之内。同时，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。此外，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。本发明的保护范围由权利要求限定。 

Claims (10)

1.一种含芯压电纤维织物，其特征是，该织物中至少一层，或至少一层中的某一区域是由含芯压电纤维和其它纺织纤维混合编织或针织而成，其中所述含芯压电纤维包括至少一个内部的导电芯和包裹在该导电芯上的具有压电性能的高分子材料，该压电纤维的表面部分地或全部涂布至少一个导电电极，该导电电极的外部覆盖有柔软的绝缘材料。
2.根据权利要求1所述的一种含芯压电纤维织物，其特征是，所述多根含芯压电纤维沿同一直线方向或曲线平行编织或针织，或沿不同直线方向或曲线方向交叉编织或针织，或编织或针织成结并沿直线方向或曲线方向延伸。
3.根据权利要求1所述的一种含芯压电纤维织物，其特征是，所述导电芯位于纤维的中心位置，导电芯为金属材料，该导电芯的横截面为圆形或椭圆形或长圆形或卵形或多边形，或该导电芯为片状或薄膜。
4.根据权利要求1所述的一种含芯压电纤维织物，其特征是，所述具有压电性能的高分子材料为聚偏氟乙烯(PVDF)，或聚氯乙烯，或含有聚偏氟乙烯(PVDF)或聚氯乙烯组分的复合材料。
5.根据权利要求1所述的一种含芯压电纤维织物，其特征是，所述压电纤维表面导电电极沿着纤维轴线方向连续或不连续地延伸，或在纤维表面呈螺旋形状，表面导电电极为铟锡氧化物或石墨烯或银纳米线膜或其组合，或其它金属材料。
6.根据权利要求1所述的一种含芯压电纤维织物，其特征是，所述压电纤维表面导电电极的外部覆盖有柔软的绝缘材料为绝缘柔性环氧树脂或绝缘柔性胶。
7.根据权利要求1所述的一种含芯压电纤维织物，其特征是，所述含芯压电纤维的横截面呈圆形、椭圆形、长圆形、卵形或多边形。
8.根据权利要求1所述的一种含芯压电纤维织物，其特征是，所述织物至少有一个电路接口和外界相连，一个区域中的每根含芯压电纤维的导电芯和表面电极通过2根金属线电气连接到电路接口上，或一个区域中的全部含芯压电纤维电气串联或并联后，通过2根金属线电气连接到电路接口上，金属线也编织或针织到整个织物中。
9.根据权利要求1所述的一种含芯压电纤维织物，其特征是，所述其它纺织纤维包括：棉纱纤维、聚酯纤维、晴纶纤维、聚丙烯纤维、和它们组合混纺纤维。
10.根据权利要求2所述多根含芯压电纤维沿同一直线方向或曲线平行编织或针织，或沿不同直线方向或曲线方向交叉编织或针织，或编织或针织成结并沿直线方向或曲线方向延伸，其特征是，所述多根含芯压电纤维的结构和尺寸完全相同，沿同一直线或曲线方向的多根含芯压电纤维之间的距离相等，沿直线或曲线方向延伸的结之间的距离相等。
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