CN109639175B - 摩擦纳米发电机、可穿戴传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

摩擦纳米发电机、可穿戴传感器及其制备方法，其中，摩擦纳米发电机包括基底、第一摩擦层和第二摩擦层，其中：基底为纳米纤维膜；第一摩擦层为电极材料，印刷于基底表面以形成导电网络；第二摩擦层为纳米纤维膜，设置于第一摩擦层的上方；第一摩擦层和第二摩擦层在外界作用下切换接触/分离状态或改变接触面积。由于基底及第二摩擦层采用纳米纤维膜，因此透气性能好、结构柔软，相较于现有方案，能很好的满足可穿戴电子设备的要求；且纳米纤维膜表面具有微纳米结构，其有利于基底表面电极材料的附着，能够提高器件的灵敏度，而由于宏观上相对光滑，因此可实现精细化电极的印刷。

Description

摩擦纳米发电机、可穿戴传感器及其制备方法

技术领域

本公开属于传感器和绿色新能源领域；更具体地涉及一种摩擦纳米发电机、可穿戴传感器及其制备方法。

背景技术

现代科技的发展促使越来越多的可穿戴电子设备走进人们的生活，如智能眼镜、运动手环、健康监测传感器等。摩擦纳米发电机，不仅可以收集环境中的机械能作为能源使用，还能将机械能转化为电能的信号，作为传感器的使用。但是目前得摩擦纳米发电机采用的材料大部分都是塑料，在透气性方面有很大的缺陷，作为可穿戴设备时舒适度较低。此外，目前有一部分采用布料做可编织的摩擦纳米发电机，以收集人体机械能，但是由于电极的存在及摩擦材料的选择，所制备的可穿戴器件在舒适度上仍面临很大的挑战。

总的来说，摩擦材料和电极材料的不透气性极大的限制了目前可穿戴设备上的应用。再者，目前的电极材料大部分为金属材料如铝箔、铜箔或氧化铟锡等，其在不断弯曲的过程中容易产生裂纹发生断裂，而又由于电极材料在电子设备中有着十分重要的地位，因此现有的电极材料在做柔性电极时有很大的局限性。

印刷电子技术在构筑导电网络、制备图案化电极等方面有很大的优势。但是一般材料的表面印刷电极存在两个难点，一是印刷基底表面的光滑度低，二是印刷的电极材料与基底材料的附着力弱。而高的加工精度对材料表面的平滑度有很大的要求。此外，虽然基底材料表面的微纳米结构有利于提高印刷电极和基底之间的结合力，同时能够提高传感器件的灵敏度，但目前大部分印刷材料的基底材料为不透气的，作为可穿戴产品有很大的局限性，皮肤长时间的与这种不透气的材料接触的时候会引发炎症等疾病。因此，基底材料的透气性对制备透气性的电极起着至关重要的作用。

公开内容

基于以上问题，本公开的主要目的在于提出一种摩擦纳米发电机、可穿戴传感器及其制备方法，用于解决以上技术问题的至少之一。

为了实现上述目的，作为本公开的一个方面，提出一种摩擦纳米发电机，包括基底、第一摩擦层和第二摩擦层，其中：基底为纳米纤维膜；第一摩擦层为电极材料，印刷于基底表面以形成导电网络；第二摩擦层为纳米纤维膜，设置于第一摩擦层的上方；第一摩擦层和第二摩擦层在外界作用下切换接触/分离状态或改变接触面积。

在本公开的一些实施例中，上述纳米纤维膜的材质为高分子材料，包括聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺和/或聚酰胺。

在本公开的一些实施例中，上述纳米纤维膜的厚度不大于50μm；该纳米纤维膜中纤维的直径小于600nm。

在本公开的一些实施例中，上述电极材料为导电纳米材料，包括金属纳米颗粒、金属纳米线、碳纳米管和/或石墨烯；其中，所述金属纳米颗粒与金属纳米线采用的金属包括金、银、铜、铝或镍。

在本公开的一些实施例中，上述第二摩擦层为拱形结构，其两端固定于基底表面；在外界作用下，第二摩擦层的弧形部分结构和第一摩擦层接触/分离。

在本公开的一些实施例中，上述电极材料的厚度为5～30μm，以保证良好的导电性。

为了实现上述目的，本公开还提出一种可穿戴传感器，包括上述的摩擦纳米发电机。

为了实现上述目的，作为本公开的另一个方面，本公开提出一种摩擦纳米发电机的制备方法，包括以下步骤：在纳米纤维膜构成的基底上印刷电极材料，形成导电网络，以作为第一摩擦层；设置另一纳米纤维膜于第一摩擦层的上方，以作为第二摩擦层，且使第二摩擦层与所述第一摩擦层不相接触或不完全接触，完成摩擦纳米发电机的制备；第一摩擦层和第二摩擦层可在外界作用下切换接触/分离状态或改变接触面积。

在本公开的一些实施例中，构成基底的纳米纤维膜和作为第二摩擦层的另一纳米纤维膜为预先通过静电纺丝或熔融纺丝制备得到的。

在本公开的一些实施例中，上述的摩擦纳米发电机的制备方法，在印刷电极材料之前还包括以下步骤：静电纺丝或熔融纺丝形成纳米纤维膜构成的基底；和/或在印刷电极材料之后、间隔设置另一纳米纤维膜之前还包括以下步骤：静电纺丝或熔融纺丝形成另一纳米纤维膜。

在本公开的一些实施例中，上述电极材料为导电纳米材料，包括金属纳米颗粒、金属纳米线、碳纳米管和/或石墨烯；其中，所述金属纳米颗粒与金属纳米线采用的金属包括金、银、铜、铝或镍。

在本公开的一些实施例中，上述纳米纤维膜的材质为高分子材料，包括聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺和/或聚酰胺。

在本公开的一些实施例中，上述纳米纤维膜的厚度不大于50μm；所述纳米纤维膜中纤维的直径小于600nm。

在本公开的一些实施例中，上述在纳米纤维膜构成的基底上印刷电极材料时，采用丝网印刷或喷墨打印的印刷方式。

在本公开的一些实施例中，上述第二摩擦层为拱形结构，其两端固定于所述基底表面；使用时，第二摩擦层的弧形部分结构和第一摩擦层在外界作用下接触/分离产生感应电荷。

在本公开的一些实施例中，上述第二摩擦层可由基底层的一部分折叠形成；则电极材料印刷于基底上、靠近一侧边的部分区域；基底、未印刷有电极材料的区域折叠形成第二摩擦层。

本公开提出的摩擦纳米发电机、可穿戴传感器及其制备方法，具有以下有益效果：

1、由于基底及第二摩擦层采用纳米纤维膜，因此透气性能好，结构柔软，相较于现有方案，能够很好的满足可穿戴电子设备的要求；且由于纳米纤维膜表面为微纳米结构，因此，其有利于基底表面电极材料的附着，能够提高器件的灵敏度；再者，由于宏观上表面相对光滑，因此可以实现精细化电极的印刷；

2、由于纳米纤维膜的材质为柔性材料，且其作为基底和第二摩擦层的厚度不大于50μm，从而能够保证摩擦纳米发电机的良好透气性，且由于还具有轻薄的特性，无论是实体物质的按压还是较大气流的压力，都可使摩擦纳米发电机工作，因此，本公开的摩擦纳米发电机具有很高的灵敏度；再者，由于纳米纤维膜中纤维的直径小于600nm，因此能够保证基底表面具有良好的平整度，从而进一步促进基底表面电极材料的附着；

3、电极材料采用导电纳米材料，例如Ag纳米颗粒，从而在具有微纳米结构的基底表面形成导电网络，因此，在摩擦纳米发电机工作过程中，电极材料不会因为不断弯曲而发生裂纹或者甚至断裂，从而使得本公开的摩擦纳米发电机更适合作为可穿戴电子设备；

4、由于电极材料的厚度约为10μm，因此能够保证其良好的导电性及透气性，且由于采用印刷方式形成电极材料，因此电极材料的尺寸及形状具有可设计性，从而实现可穿戴传感器的设计多样性；

5、本公开的可穿戴传感器，由于基于摩擦纳米发电机进行设计，因此能够自供能，可直接将机械能等转化为电信号，因此在健康监测方法具有绝对的优势；

6、将静电纺丝技术与丝网印刷技术结合制备摩擦纳米发电机和可穿戴传感器，因此本公开提出的制备方法具有制备工艺成熟、选材广泛、成本低、实用性强及可大规模生产等优点。

附图说明

图1是本公开提出的摩擦纳米发电机的工作原理图。

图2是本公开一实施例提出的摩擦纳米发电机的结构示意图。

图3是本公开一实施例提出的摩擦纳米发电机中作为基底的纳米纤维膜表面的形貌图。

图4是本公开一实施例中印刷的高精度电极阵列的光学照片。

图5是本公开一实施例提出的摩擦纳米发电机的加工流程图。

图6是本公开一实施例提出的可穿戴传感器的透气性测试结果与其他材料透气性测试结果的对比图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开作进一步的详细说明。

静电纺纳米纤维膜因为其柔软透气等亲肤的特点可以直接作为衣物。若直接将电极印刷在纳米纤维膜上作为传感器器件，则可直接将行走时的机械能转化为电信号，成为自驱动的传感器器件。微观上，纳米纤维膜表面的微纳结构不仅有利于电极材料(油墨)的附着，而且可以提高传感器的灵敏度。宏观上，其表面相对光滑，可以实现精细化图案的印刷，对于微型化、集成化的传感器系统的制备意义重大。由于不同性质的油墨对基底材料的吸附性及浸润性有一定的要求，若油墨与基底之间的接触角过大，则油墨无法印刷在基底材料上；而纳米纤维膜的制备过程使纤维膜的改性很简便，比如在配制的纺丝溶液中加入修饰基团直接对原材料化学改性，针对对应油墨的需求对纳米纤维膜进行亲水、亲油、亲醚等修饰处理，从而达到油墨与基底材料的更好的结合力。加工制备方式简便，更适合和不同性质的油墨结合。

基于以上分析，本公开的目的在于提供一种基于柔性透气的纳米纤维膜设计摩擦纳米发电机及可穿戴传感器，以用于健康监测。本公开主要希望通过利用摩擦纳米发电机的摩擦起电和静电感应效应得到电流和电压的输出信号，来反映身体特征信号的变化。因此提出将采用静电纺丝技术和丝网印刷技术结合得到的柔软透气材料作为基底和任一摩擦层，使整个器件结构兼具柔性和透气性两种特点，则器件可实现自驱动透气传感器在健康监测方面的应用，在自供能可穿戴电子设备方面有很重要的应用前景。

具体的，本公开提出一种摩擦纳米发电机，包括基底、第一摩擦层和第二摩擦层，其中：基底为纳米纤维膜，其表面具有微纳米结构；第一摩擦层为电极材料，印刷于基底表面以形成导电网络；第二摩擦层为纳米纤维膜，设置于第一摩擦层的上方；第一摩擦层和第二摩擦层在外界作用下切换接触/分离状态或改变接触面积。由于第一摩擦层和第二摩擦层的材料的表面束缚电子能力不同，在第一摩擦层的表面会产生表面电荷，第一摩擦层和第二摩擦层在外界作用下切换接触/分离状态或改变接触面积，在第一摩擦层表面的电荷产生静电势。当第一摩擦层与地或者等电位连接时，为了平衡第一摩擦层表面的电荷产生的电势，在第一摩擦层和地表之间会产生感应电荷的流动。

以上摩擦纳米发电机可作为可穿戴传感器，以将机械能转换为电能，例如可应用于健康监测等领域。

由上可知，由于基底及第二摩擦层采用纳米纤维膜，因此透气性能好，结构柔软，相较于现有方案，能够很好的满足可穿戴电子设备的要求；且由于纳米纤维膜表面具有微纳米结构，因此，其有利于基底表面电极材料的附着，能够提高器件的灵敏度；再者，由于宏观上表面相对光滑，因此可以实现精细化电极的印刷。

在本公开的一些实施例中，上述第一摩擦层和第二摩擦层在自然状态下可不相接触，从而在外力作用下改变接触/分离状态，以感应产生电荷；第一摩擦层和第二摩擦层在自然状态下还可部分接触，在外力作用下增大接触面积，撤去外力后，又逐渐减小接触面积至自然状态，从而通过改变接触面积产生电荷流动。

在本公开的一些实施例中，上述纳米纤维膜的材质包括聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺和/或聚酰胺；且优选的，该纳米纤维膜的厚度不大于50μm；从而能够保证摩擦纳米发电机的良好透气性，且由于还具有轻薄的特性，无论是实体物质的按压还是较大气流的压力，都可使摩擦纳米发电机工作，因此，本公开的摩擦纳米发电机具有很高的灵敏度；再者，优选地，纳米纤维膜中纤维的直径小于600nm，因此能够保证基底表面具有良好的平整度，从而进一步促进基底表面电极材料的附着。需要说明的是，纳米纤维膜的材质并不以上述列举的材料为限制，凡是能够形成纳米纤维结构，具有较好的柔软性的材料均可。

在本公开的一些实施例中，上述电极材料为导电纳米材料，包括金属纳米颗粒、金属纳米线、碳纳米管和/或石墨烯；其中，所述金属纳米颗粒与金属纳米线采用的金属包括金、银、铜、铝或镍；且由于基底选用纳米纤维膜，表面具有微纳米结构，因此导电纳米材料能够在基底表面形成导电网络，该导电网络在肉眼的分辨率下，是一层光滑的导电层，但在扫描电镜下观察，可观察到微小的孔隙，因此在摩擦纳米发电机工作过程中，电极材料不会因为不断弯曲而发生裂纹或者甚至断裂，从而使得本公开的摩擦纳米发电机更适合作为可穿戴电子设备。需要说明的是，导电纳米材料并不以上述列举的材料为限制，凡是能够在基底表面形成导电网络的材料均可。

在本公开的一些实施例中，上述第二摩擦层为拱形结构，其两端固定于基底表面；在外界作用下，第二摩擦层的弧形部分结构和第一摩擦层切换接触/分离状态产生电荷流动。

在本公开的一些实施例中，上述电极材料的厚度为5～30μm，因此能够保证其良好的导电性。

本公开还提出一种摩擦纳米发电机的制备方法，包括以下步骤：在表面具有微纳米结构、纳米纤维膜构成的基底上印刷电极材料，形成导电网络，以作为第一摩擦层；设置另一纳米纤维膜于第一摩擦层的上方，以作为第二摩擦层，且使第二摩擦层与所述第一摩擦层不相接触或不完全接触，完成摩擦纳米发电机的制备；第一摩擦层和第二摩擦层可在外界作用下改变接触/分离状态或改变接触面积产生电荷流动。

利用上述的制备方法制备得到的摩擦纳米发电机，同样可作为可穿戴传感器。

在本公开的一些实施例中，构成基底的纳米纤维膜和作为第二摩擦层的另一纳米纤维膜为预先通过静电纺丝或熔融纺丝制备得到；也可在摩擦纳米发电机的制备过程中制备得到，具体可为：在印刷电极材料之前静电纺丝或熔融纺丝形成表面具有微纳米结构、纳米纤维膜构成的基底；且在印刷电极材料之后、间隔设置另一纳米纤维膜之前静电纺丝或熔融纺丝形成另一纳米纤维膜。需要说明的是，纳米纤维膜的制备方法并不以上述列举的方法为限制，凡是能够制备得到柔软、透气性好的纳米纤维膜的方法均可。

在本公开的一些实施例中，上述在表面具有微纳米结构、纳米纤维膜构成的基底上印刷电极材料时，采用丝网印刷或喷墨打印的印刷方式，因此由于采用印刷方式形成电极材料，因此电极材料的尺寸及形状具有可设计性，能够实现可穿戴传感器的设计多样性。需要说明的是，上述印刷电极材料的方法并不以上述列举的方法为限制，凡是能够制备得到导电网络的印刷方法均可。

在本公开的一些实施例中，上述第二摩擦层可为基底层的一部分折叠形成；则电极材料印刷于基底上、靠近一侧边的部分区域；基底、未印刷有电极材料的区域折叠形成第二摩擦层。

在本公开的一些实施例中，将静电纺丝技术与丝网印刷技术相结合，用于制备摩擦纳米发电机或可穿戴传感器，因此具有制备工艺成熟、选材广泛、成本低、实用性强及可大规模生产等优点。

以下结合图1，以切换接触/分离状态产生感应电荷为例，对本公开提出的摩擦纳米发电机/可穿戴传感器的工作原理进行阐述：如图1所示，纳米纤维膜1和电极材料层2构成了一个单电极模式的摩擦纳米发电机的两个摩擦层，电极材料层2接地。图1中(i)至(iv)是摩擦纳米发电机的一个完整工作周期。如图1中(i)所示，初始状态下，纳米纤维薄膜1和电极材料层2完全接触。由于摩擦起电作用使得纳米纤维膜1表面带负电，电极材料层2表面带有等量正电荷，此时上下摩擦面的正、负电荷处于平衡状态，外接回路中没有电流；如图1中(ii)所示，当纳米纤维膜1和电极材料层2发生分离时，由于两种摩擦材料之间的距离变大，电子会从地表移动到电极材料层2，电流则自电极材料层2流至地表；如图1中(iii)所示，当纳米纤维膜1与电极材料2的距离达到最大的时候，电子不再移动，纳米纤维膜1与地表之间的电势达到最大，回路中没有电流；如图1中(iv)所示，当纳米纤维膜1与电极材料层2再次相互靠近时，为了平衡纳米纤维膜1上的电荷，电子从电极材料层2中流入地表，回路中电流方向与电子方向相反自地表流入电极材料层2；然后纳米纤维膜1与电极材料层2逐渐靠近最终相互接触，工作状态回到如图1中(i)所示的状态，即开始下一个循环。

以下通过具体实施例，对本公开提出的摩擦纳米发电机、可穿戴传感器及其制备方法进行详细描述。

实施例

本实例以静电纺丝技术制得的聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维膜和丝网印刷Ag纳米颗粒电极为例说明。

如图2所示，本实施例提出一种可作为可穿戴传感器的摩擦纳米发电机，其包括PVDF纳米纤维膜1作为基底，其表面靠近一边的部分区域采用丝网印刷术印有形成导电网络的Ag纳米颗粒，作为第一摩擦层2；按照一定的方式折叠PVDF纳米纤维膜1，使得留下的形成有导电网络的PVDF纳米纤维膜的宽度大约比导电网络的宽度大四分之一至二分之一，折叠部分的PVDF纳米纤维膜则形成拱形结构，且拱形结构的自由边固定于形成有导电网络的PVDF纳米纤维膜上，形成一个拱形的摩擦纳米发电机。

其中，纳米纤维膜的表面具有如图3所示的微纳米结构，可以看出其是有纳米纤维堆积而成，表面微纳结构明显，也进一步说明材料整体的透气性；因此，Ag纳米颗粒印刷在纳米纤维膜上便构成了导电网络，且保证该导电网络的厚度约为10μm，从而能够保证其良好的导电性(与铜导电胶带的电阻在同一数量级)。

纳米纤维膜的表面得到的电极印刷图案与设计的如图4所示的印版图案相同，该纳米纤维膜可以保证毫米级的电极材料的导电性，同时也保证了电极形状及尺寸的可控性与灵活性，能够保证微小图案的印刷精度，再者对于加工精度更高的喷墨打印，纳米纤维膜可以保证其微米级的打印精度。

此外，由于纳米纤维膜柔软而轻薄，无论是实体物质的按压还是较大气流的压力都可以使传感器产生信号。当拱形部分的PVDF纳米纤维膜1和Ag电极材料2接触时，由于摩擦起电和静电感应效应，Ag电极材料2和地表之间会有电流和电压的输出信号。

如图5所示，为整个可作为可穿戴传感器的摩擦纳米发电机的加工流程图。先采用静电纺丝技术制得纳米纤维膜，如图5所示，PVDF纺丝溶液10在高压电源11的作用下拉伸成为纳米纤维13，纳米纤维13堆积成为PVDF纳米纤维膜1，纤维的直径需在几百纳米范围以内，直径过大会影响材料表面的平整度。如普通纸张是微米级的纤维堆积而成，其表面相对粗糙，不利于电极材料的印刷；且纳米纤维膜的厚度不宜太厚，否则会影响器件的透气性，随着静电纺丝膜的厚度的增加，透气性有所下降，如厚度20μm的PVDF的透气率为24.6mm/s(测试压力为100Pa)，而厚度为40μm的PVDF膜透气率为9.38mm/s，为了保证器件的透气性，纳米纤维膜的厚度一般不大于50μm；然后将导电Ag纳米颗粒14印刷在纳米纤维膜1上，通过简单的折叠纳米纤维膜，并通过超声焊接，即可制得一个超轻的柔性透气的摩擦纳米发电机，本实施例中，一个发电机的质量约为0.039g。

为了说明本公开的透气性，本实施例对本实施例的摩擦纳米发电机及PVDF纳米纤维膜+Ag电极材料的组合、及一些常用的材料进行透气性测试并对比其性能，得到如图6所示的对比图，从图6中可看出，静电纺丝得到的PVDF纳米纤维膜(40μm厚)的透气性与普通的牛仔布相差不大。本实施例的传感器的透气性是我们常用的A4打印纸的4.5倍，更不用说相对传统的不透气的流延膜(PDMS，PET等)，因此本实施例的摩擦纳米发电机在透气性上具有明显的优越性。

综上所述，本公开基于摩擦效应制备的可作为可穿戴传感器的摩擦纳米发电机，关键在于透气性的摩擦材料和电极材料的制备。纳米纤维膜表面的微纳米结构对印刷材料的附着力及传感器的灵敏度有着举足轻重的作用。此外，其相对平整的表面，可以保证电极图形的加工精度。本实施例的摩擦纳米发电机在可穿戴设备、健康、生物传感方面有广泛的应用，且本实施例提出的制备过程是基于目前成熟的大规模生产的技术，在批量化生产及产业化方面有很重要的发展前景。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种摩擦纳米发电机，包括基底、第一摩擦层和第二摩擦层，其中：

所述基底为纳米纤维膜；

所述第一摩擦层为电极材料，印刷于所述基底表面以形成导电网络；

所述第二摩擦层为纳米纤维膜，设置于所述第一摩擦层的上方；

所述第一摩擦层和第二摩擦层在外界作用下切换接触/分离状态或改变接触面积。

2.根据权利要求1所述的摩擦纳米发电机，其中：

所述纳米纤维膜的材质为高分子材料，包括聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺和/或聚酰胺；和/或

所述纳米纤维膜的厚度不大于50μm；所述纳米纤维膜中纤维的直径小于600nm。

3.根据权利要求1所述的摩擦纳米发电机，其中：

所述电极材料为导电纳米材料，包括金属纳米颗粒、金属纳米线、碳纳米管和/或石墨烯；其中所述金属纳米颗粒与金属纳米线采用的金属包括金、银、铜、铝或镍。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的摩擦纳米发电机，其中：

所述第二摩擦层为拱形结构，其两端固定于所述基底表面；

在外界作用下，所述第二摩擦层的弧形部分结构和第一摩擦层接触/分离。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的摩擦纳米发电机，其中：所述第一摩擦层的厚度为5～30μm。

6.一种可穿戴传感器，包括权利要求1至5中任一项所述的摩擦纳米发电机。

7.一种摩擦纳米发电机的制备方法，包括以下步骤：

在纳米纤维膜构成的基底上印刷电极材料，形成导电网络，以作为第一摩擦层；

设置另一纳米纤维膜于所述第一摩擦层的上方，以作为第二摩擦层，且使所述第二摩擦层与所述第一摩擦层不相接触或不完全接触，完成所述摩擦纳米发电机的制备；

所述第一摩擦层和第二摩擦层在外界作用下切换接触/分离状态或改变接触面积。

8.根据权利要求7所述的摩擦纳米发电机的制备方法，其中：

构成所述基底的纳米纤维膜和作为第二摩擦层的另一纳米纤维膜为预先通过静电纺丝或熔融纺丝制备得到的。

9.根据权利要求7所述的摩擦纳米发电机的制备方法，其中：

在印刷电极材料之前还包括以下步骤：

静电纺丝或熔融纺丝形成所述纳米纤维膜构成的基底；和/或

在印刷电极材料之后、间隔设置另一纳米纤维膜之前还包括以下步骤：

静电纺丝或熔融纺丝形成所述另一纳米纤维膜。

10.根据权利要求7所述的摩擦纳米发电机的制备方法，其中：

所述电极材料为导电纳米材料，包括金属纳米颗粒、金属纳米线、碳纳米管和/或石墨烯；其中，所述金属纳米颗粒与金属纳米线采用的金属包括金、银、铜、铝或镍；和/或

所述纳米纤维膜的材质为高分子材料，包括聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺和/或聚酰胺；和/或

所述纳米纤维膜的厚度不大于50μm；所述纳米纤维膜中纤维的直径小于600nm。

11.根据权利要求7所述的摩擦纳米发电机的制备方法，其中：

在纳米纤维膜构成的基底上印刷电极材料时，采用丝网印刷或喷墨打印的印刷方式。

12.根据权利要求7所述的摩擦纳米发电机的制备方法，其中：

所述第二摩擦层为拱形结构，其两端固定于所述基底表面；

使用时，所述第二摩擦层的弧形部分结构和第一摩擦层在外界作用下接触/分离。

13.根据权利要求7所述的摩擦纳米发电机的制备方法，其中：

所述第二摩擦层由所述基底的一部分折叠形成；

所述电极材料印刷于所述基底上、靠近一侧边的部分区域；

所述基底、未印刷有电极材料的区域折叠形成所述第二摩擦层。

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