CN110367938B - 具有柔性分形结构的摩擦纳米发电传感器填充物及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有柔性分形结构的摩擦纳米发电传感器填充物及其应用，包括分形结构低亲电性微纳复合电极和分形结构高亲电性微纳复合电极，一个分形结构低亲电性微纳复合电极和一个分形结构高亲电性微纳复合电极组成一个电极对，多个电极对随机堆叠制成柔性填充物。本发明的填充物之间存在分形结构，具有柔性、透气性、高灵敏性等优良特性。本发明所制得的摩擦纳米发电传感器填充物的属于自供电器件，不需要外界提供电源即可正常工作，提高了监测装置的灵活性。本发明所制得的作为填充物的摩擦纳米发电传感器，无需与体接触即可监测生理信号，使得监测数据更加准确，体验感更加舒适。

Description

具有柔性分形结构的摩擦纳米发电传感器填充物及其应用
技术领域
本发明涉及一种具有柔性分形结构的摩擦纳米发电传感器填充物及其应用，属于传感器技术领域。
背景技术
良好的睡眠是健康疗养的重要基础。睡眠质量不佳不仅会对心脑血管、心理、神经系统、生长发育带来许多危害，而且关联于全身其他系统疾病。尽管医学上已有定义的睡眠疾病就多达90多种，但睡眠科学的研究，全世界一半的人群患有睡眠疾病。而在睡眠患病人群当中有80％以上是无法感知自己患有睡眠疾病的。如何能够对睡眠过程进行有效监测，并对睡眠疾病进行有效的初筛和预防干预，对大数据时代背景下的智慧医疗康养具有重要意义。
目前，标准的睡眠监测都是在专业的睡眠中心进行，专业睡眠监测仪器，如夜间多导睡眠监测(Polysomnography,PSG)，与人体之间有多达72条线路连接，容易引起被监测者的焦虑情绪，从而严重影响睡眠质量，导致无法反映被监测者的真实睡眠情况。近年来，以基于摩擦纳米发电等为代表的新型柔性自供电传感器件的出现，不仅提高了传感器件的灵活性，而且其本身的自供电也为结构设计带来了更大的可能。
枕头床垫是睡眠所必须的床上用品，也是在睡眠过程中与人体接触最亲密的物品。针对现有睡眠监测技术与睡眠感受的矛盾，模仿枕头、床垫、被套中传统生物填充物的多级分形结构，设计高灵敏度柔性分形结构传感器，开发系列能够持续自发供电的床品型集成无感监测技术成为我们研究的目标。
因此，研发一种具有柔软、透气性好等优良性质的分形结构传感器填充物，在提供传统床品相同的睡眠感受同时，与人体没有直接的导线连接，却能够持续监测睡眠过程中的体征信号，从而对睡眠疾病进行有效的初筛和预防干预。成为我们实验组研究重点。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的第一目的在于提供一种具有柔性分形结构的摩擦纳米发电传感器填充物。本发明还提供了该种具有柔性分形结构的摩擦纳米发电传感器填充物其应用。
为了实现上述第一目的，本发明的技术方案为：一种具有柔性分形结构的摩擦纳米发电传感器填充物，其特征在于：包括分形结构低亲电性微纳复合电极和分形结构高亲电性微纳复合电极，一个分形结构低亲电性微纳复合电极和一个分形结构高亲电性微纳复合电极组成一个电极对，多个电极对随机堆叠制成柔性填充物，在没有受到外力情况下，每个电机对的两个电极处于分开状态。
在当不受到外力时，低亲电性微纳复合电极和高亲电性微纳复合电极保持分离。当外力作用到该传感器上时，受到外力作用的低亲电性微纳复合电极和高亲电性微纳复合电极发生形变接触并分离后，分形结构低亲电性微纳复合电极带正电，分形结构高亲电性微纳复合电极带负电，两者之间形成电势差，从而产生脉冲形式的电信号输出，电势差的大小与外部形变所导致的电极接触面积变化量成线性正相关。长时间逐一或同时记录填充物中的电信号输出，即可对作用于填充物的各项生理信号进行监测。
其监测的工作原理为：在外界压力下摩擦纳米发电机低亲电性微纳复合电极和高亲电性微纳复合电极通过周期性的接触-分离由于摩擦起电和诱导效应而带有电性相反的摩擦电荷，摩擦电荷会进一步地诱导出脉冲形式的电势差变化。
在监测过程中，作为填充物的摩擦纳米发电传感器具有分形结构，电极对间微小的压力即可带来较大的接触面积变化，产生较大的电势差，从而可以更高灵敏的感应外界的刺激。此外，作为填充物的摩擦纳米发电传感器属于自供电器件，不需要外界提供电源即可正常工作，提高了监测装置的灵活性。传感器无需与人体接触即可监测生理信号，使得监测数据更加准确，体验感更加舒适。
上述方案中：所述柔性填充物为羽毛状或绒毛状或棉絮结构状。
上述方案中：所述分形结构低亲电性微纳复合电极通过在分形结构导电基底包覆低亲电性材料得到；所述分形结构高亲电性微纳复合电极为在分形结构导电基底包覆高亲电性材料得到。
上述方案中：所述分形结构导电基底具有非平板的分形破碎结构，其分形维数为0.1-2。
上述方案中：所述分形结构导电基底为导电材料或在不导电材料上包裹导电材料制成。
上述方案中：所述分形结构导电基底的制作为：先在不导电材料上生长纳米氧化物，再包裹金属铜、锰、镍、钛、锌、金、银、铝、碳材料中的一种，包裹厚度为0.05μm-100μm。
上述方案中：所述纳米氧化物为纳米氧化锌、氧化钛、氧化铝、氧化镍、氧化铜、氧化锰中的一种，粒径为0.1nm-500nm。
上述方案中：所述导电材料为金属、掺锡氧化铟、掺氟氧化锡以及导电高分子材料中的一种；所述不导电材料为不导电高分子材料、不导电聚合高分子材料、不导电无机材料、羽毛、纤维中的一种。
上述方案中：所述低亲电性材料为聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、三聚氰胺、碳酸纤维、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯中的一种，包覆厚度为0.05μm-100μm；所述高亲电性材料为聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚氯乙烯或聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚碳酸双酚或腈氯纶、聚偏氟乙烯中的一种，包覆厚度为0.05μm-100μm。
所述具有柔性分形结构的摩擦纳米发电传感器填充物在制作床上用品中的应用。床上用品可以为枕头、床垫、床单、棉絮、被套等。用本发明的具有柔性分形结构的摩擦纳米发电传感器填充物制作成枕芯、床单填充物、棉絮芯、床垫芯、被套填充物。
本发明的技术方案与现有的传感器相比具有以下好处：
(1)本发明通过采用柔性基底制备低亲电性摩擦发电微纳复合电极、高亲电性摩擦发电微纳复合电极组装成传感器，组成的填充物之间存在分形结构，具有柔性、透气性、高灵敏性等优良特性。
(2)本发明所制得的摩擦纳米发电传感器填充物的属于自供电器件，不需要外界提供电源即可正常工作，提高了监测装置的灵活性。
(3)本发明所制得的作为填充物的摩擦纳米发电传感器，无需与体接触即可监测生理信号，使得监测数据更加准确，体验感更加舒适。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明作进一步说明：
实施例1—具有柔性分形结构的摩擦纳米发电传感器填充物制备
低亲电性微纳复合电极的制备
采用激光切割仪将厚度为200μm柔性导电高分子ITO膜制备成具有分形结构的基底，分形维数为0.1-2。清洗干净，自然晾干。将乙基纤维素浓缩液分散在乙醇中，摇匀，得到分散均匀的悬浊液。将得到的悬浊液喷涂在具有分形结构的柔性导电高分子ITO膜上，得到表面具有乙基纤维素包裹(包裹厚度为2μm)的导电基底。将得到的导电基底置于烘箱中加热50分钟时间后取出，即可得到表面包裹有纳米乙基纤维素薄膜的低亲电性微纳复合电极。
高亲电性微纳复合电极的制备
采用激光切割仪将厚度为200μm柔性导电高分子ITO膜制备成具有分形结构的基底，分形维数为0.1-2。清洗干净，自然晾干。将聚二甲基硅氧烷浓缩液分散在乙醇中，摇匀，得到分散均匀的悬浊液。将得到的悬浊液喷涂在具有分形结构的柔性导电高分子ITO膜上，得到表面具有聚二甲基硅氧烷包裹(包裹厚度为2μm)的导电基底。将得到的导电基底置于烘箱中加热50分钟时间后取出，即可得到表面包裹有聚二甲基硅氧烷薄膜的高亲电性微纳复合电极。
多对分形结构低亲电性微纳复合电极和分形结构高亲电性微纳复合电极随机堆积在一起，即可得到可作为柔性分形结构填充物的摩擦纳米发电传感器。
在施加一定的外力下进行测试，测得可作为柔性分形结构填充物的摩擦纳米发电传感器短路电流为1.9×10-6A，开路电压为2.0V。
实施例2—具有柔性分形结构的摩擦纳米发电传感器填充物的制备
低亲电性微纳复合电极的制备
采用激光切割仪将厚度为150μm柔性导电高分子FTO膜制备成具有分形结构的基底，分形维数为0.1-2。清洗干净，自然晾干。将聚酰胺浓缩液分散在乙醇中，摇匀，得到分散均匀的悬浊液。将得到的悬浊液喷涂在具有分形结构的柔性导电高分子FTO膜上，得到表面具有聚酰胺包裹(包裹厚度为3μm)的导电基底。将得到的导电基底置于烘箱中加热50分钟时间后取出，即可得到表面包裹有纳米聚酰胺薄膜的低亲电性微纳复合电极。
高亲电性微纳复合电极的制备
采用激光切割仪将厚度为150μm柔性导电高分子FTO膜制备成具有分形结构的基底，分形维数为0.1-2。清洗干净，自然晾干。将聚四氟乙烯浓缩液分散在乙醇中，摇匀，得到分散均匀的悬浊液。将得到的悬浊液喷涂在具有分形结构的柔性导电高分子FTO膜上，得到表面具有聚四氟乙烯包裹(包裹厚度为3μm)的导电基底。将得到的导电基底置于烘箱中加热50分钟时间后取出，即可得到表面包裹有纳米聚四氟乙烯薄膜的高亲电性微纳复合电极。
将多对分形结构低亲电性微纳复合电极和分形结构高亲电性微纳复合电极随机堆积在一起，即可得到可作为柔性分形结构填充物的摩擦纳米发电传感器。
在施加一定的外力下进行测试，测得可作为柔性分形结构填充物的摩擦纳米发电传感器短路电流为2.4×10-6A，开路电压为2.5V。
实施例3—具有柔性分形结构的摩擦纳米发电传感器填充物的制备
低亲电性微纳复合电极的制备
采用激光切割仪将厚度为250μm柔性导电高分子ITO膜制备成具有分形结构的基底，分形维数为0.1-2。清洗干净，自然晾干。将聚乙烯醇浓缩液分散在乙醇中，摇匀，得到分散均匀的悬浊液。将得到的悬浊液喷涂在具有分形结构的柔性导电高分子ITO膜上，得到表面具有聚乙烯醇包裹(包裹厚度为4μm)的导电基底。将得到的导电基底置于烘箱中加热50分钟时间后取出，即可得到表面包裹有纳米聚乙烯醇薄膜的低亲电性微纳复合电极。
高亲电性微纳复合电极的制备
采用激光切割仪将厚度为250μm柔性导电高分子FTO膜制备成具有分形结构的基底，分形维数为0.1-2。清洗干净，自然晾干。将聚氯乙烯浓缩液分散在乙醇中，摇匀，得到分散均匀的悬浊液。将得到的悬浊液喷涂在具有分形结构的柔性导电高分子FTO膜上，得到表面具有聚氯乙烯包裹(包裹厚度为4μm)的导电基底。将得到的导电基底置于烘箱中加热50分钟时间后取出，即可得到表面包裹有纳米聚氯乙烯薄膜的高亲电性微纳复合电极。
将多对分形结构低亲电性微纳复合电极和分形结构高亲电性微纳复合电极随机堆积在一起，即可得到可作为柔性分形结构填充物的摩擦纳米发电传感器。
在施加一定的外力下进行测试，测得可作为柔性分形结构填充物的摩擦纳米发电传感器短路电流为2.5×10-6A，开路电压为2.7V。
实施例4—具有柔性分形结构的摩擦纳米发电传感器填充物的制备
低亲电性微纳复合电极的制备
采用激光切割仪将厚度为500μm柔性导电高分子FTO膜制备成具有分形结构的基底，分形维数为0.1-2。清洗干净，自然晾干。将聚异丁烯浓缩液分散在乙醇中，摇匀，得到分散均匀的悬浊液。将得到的悬浊液喷涂在具有分形结构的柔性导电高分子FTO膜上，得到表面具有聚异丁烯包裹(包裹厚度为10μm)的导电基底。将得到的导电基底置于烘箱中加热90分钟时间后取出，即可得到表面包裹有纳米聚异丁烯薄膜的低亲电性微纳复合电极。
高亲电性微纳复合电极的制备
采用激光切割仪将厚度为500μm柔性导电高分子ITO膜制备成具有分形结构的基底，分形维数为0.1-2。清洗干净，自然晾干。将聚丙烯浓缩液分散在乙醇中，摇匀，得到分散均匀的悬浊液。将得到的悬浊液喷涂在具有分形结构的柔性导电高分子ITO膜上，得到表面具有聚丙烯包裹(包裹厚度为10μm)的导电基底。将得到的导电基底置于烘箱中加热90分钟时间后取出，即可得到表面包裹有纳米聚丙烯薄膜的高亲电性微纳复合电极。
将多对分形结构低亲电性微纳复合电极和分形结构高亲电性微纳复合电极随机堆积在一起，即可得到可作为柔性分形结构填充物的摩擦纳米发电传感器。
在施加一定的外力下进行测试，测得可作为柔性分形结构填充物的摩擦纳米发电传感器短路电流为3.2×10-6A，开路电压为3.4V。
实施例5—具有柔性分形结构的摩擦纳米发电传感器填充物的制备
低亲电性微纳复合电极的制备
采用激光切割仪将厚度为200μm柔性聚合物PET薄膜制备成具有分形结构的基底，分形维数为0.1-2。清洗干净，自然晾干。通过水热法在PET薄膜上生长粒径为200nm的氧化锌纳米颗粒层，然后再化学镀一层厚度为0.05μm的金属铜，得到具有分形结构的导电复合薄膜基底。将聚酰胺浓缩液分散在乙醇中，摇匀，得到分散均匀的悬浊液。将得到的悬浊液喷涂在具有分形结构的柔性导电复合薄膜基底上，得到表面具有聚酰胺包裹(包裹厚度为5μm)的导电基底。将得到的导电基底置于烘箱中加热50分钟时间后取出，即可得到表面包裹有纳米聚酰胺薄膜的低亲电性微纳复合电极。
高亲电性微纳复合电极的制备
采用激光切割仪将厚度为200μm柔性聚合物PET薄膜制备成具有分形结构的基底，分形维数为0.1-2。清洗干净，自然晾干。通过水热法在PET薄膜上生长粒径为200nm的氧化锌纳米颗粒层，然后再化学镀一层厚度为0.05μm的金属铜，得到具有分形结构的导电复合薄膜基底。将聚丙烯浓缩液分散在乙醇中，摇匀，得到分散均匀的悬浊液。将得到的悬浊液喷涂在具有分形结构的柔性导电复合薄膜基底上，得到表面具有聚丙烯包裹(包裹厚度为5μm)的导电基底。将得到的导电基底置于烘箱中加热50分钟时间后取出，即可得到表面包裹有纳米聚丙烯薄膜的高亲电性微纳复合电极。
将多对分形结构低亲电性微纳复合电极和分形结构高亲电性微纳复合电极随机堆积在一起，即可得到可作为柔性分形结构填充物的摩擦纳米发电传感器。
在施加一定的外力下进行测试，测得可作为柔性分形结构填充物的摩擦纳米发电传感器短路电流为1.2×10-6A，开路电压为1.9V。
实施例6—具有柔性分形结构的摩擦纳米发电传感器填充物的制备
低亲电性微纳复合电极的制备
采用激光切割仪将厚度为300μm柔性聚合物PET薄膜制备成具有分形结构的基底，分形维数为0.1-2。清洗干净，自然晾干。通过水热法在PET薄膜上生长粒径为300nm的氧化钛纳米颗粒层，然后再化学镀一层厚度为100μm的金属钛，得到具有分形结构的导电复合薄膜基底。将三聚氰胺浓缩液分散在乙醇中，摇匀，得到分散均匀的悬浊液。将得到的悬浊液喷涂在具有分形结构的柔性导电复合薄膜基底上，得到表面具有三聚氰胺包裹(包裹厚度为6μm)的导电基底。将得到的导电基底置于烘箱中加热50分钟时间后取出，即可得到表面包裹有纳米三聚氰胺薄膜的低亲电性微纳复合电极。
高亲电性微纳复合电极的制备
采用激光切割仪将厚度为400μm柔性聚合物PET薄膜制备成具有分形结构的基底，分形维数为0.1-2。清洗干净，自然晾干。通过水热法在PET薄膜上生长粒径为500nm的氧化铝纳米颗粒层，然后再化学镀一层厚度为100μm的金属镍，得到具有分形结构的导电复合薄膜基底。将聚酰亚胺浓缩液分散在乙醇中，摇匀，得到分散均匀的悬浊液。将得到的悬浊液喷涂在具有分形结构的柔性导电复合薄膜基底上，得到表面具有聚酰亚胺包裹(包裹厚度为8μm)的导电基底。将得到的导电基底置于烘箱中加热50分钟时间后取出，即可得到表面包裹有纳米聚酰亚胺薄膜的高亲电性微纳复合电极。
将多对分形结构低亲电性微纳复合电极和分形结构高亲电性微纳复合电极随机堆积在一起，即可得到可作为柔性分形结构填充物的摩擦纳米发电传感器。
在施加一定的外力下进行测试，测得可作为柔性分形结构填充物的摩擦纳米发电传感器短路电流为1.7×10-6A，开路电压为2.1V。
实施例7—具有柔性分形结构的摩擦纳米发电传感器填充物的制备
低亲电性微纳复合电极的制备
采用激光切割仪将厚度为300μm柔性聚合物PET薄膜制备成具有分形结构的基底，分形维数为0.1-2。清洗干净，自然晾干。通过水热法在PET薄膜上生长粒径为0.1nm的氧化镍纳米颗粒层，然后再化学镀一层厚度为0.6μm的金属锰，得到具有分形结构的导电复合薄膜基底。将碳酸纤维浓缩液分散在乙醇中，摇匀，得到分散均匀的悬浊液。将得到的悬浊液喷涂在具有分形结构的柔性导电复合薄膜基底上，得到表面具有碳酸纤维包裹(包裹厚度为6μm)的导电基底。将得到的导电基底置于烘箱中加热50分钟时间后取出，即可得到表面包裹有纳米碳酸纤维薄膜的低亲电性微纳复合电极。
高亲电性微纳复合电极的制备
采用激光切割仪将厚度为400μm柔性聚合物PET薄膜制备成具有分形结构的基底，分形维数为0.1-2。清洗干净，自然晾干。通过水热法在PET薄膜上生长粒径为0.1nm的氧化铜纳米颗粒层，然后再化学镀一层厚度为0.7μm的金属银，得到具有分形结构的导电复合薄膜基底。将聚苯乙烯浓缩液分散在乙醇中，摇匀，得到分散均匀的悬浊液。将得到的悬浊液喷涂在具有分形结构的柔性导电复合薄膜基底上，得到表面具有聚苯乙烯包裹(包裹厚度为8μm)的导电基底。将得到的导电基底置于烘箱中加热70分钟时间后取出，即可得到表面包裹有纳米聚苯乙烯薄膜的高亲电性微纳复合电极。
将多对分形结构低亲电性微纳复合电极和分形结构高亲电性微纳复合电极随机堆积在一起，即可得到可作为柔性分形结构填充物的摩擦纳米发电传感器。
在施加一定的外力下进行测试，测得可作为柔性分形结构填充物的摩擦纳米发电传感器短路电流为2.0×10-6A，开路电压为2.3V。
实施例8—具有柔性分形结构的摩擦纳米发电传感器填充物的制备
低亲电性微纳复合电极的制备
采用激光切割仪将厚度为100μm柔性聚合物PET薄膜制备成具有分形结构的基底，分形维数为0.1-2。清洗干净，自然晾干。通过水热法在PET薄膜上生长粒径为150nm的氧化锰纳米颗粒层，然后再化学镀一层厚度为0.4μm的金属铝，得到具有分形结构的导电复合薄膜基底。将聚甲基丙烯酸甲酯浓缩液分散在乙醇中，摇匀，得到分散均匀的悬浊液。将得到的悬浊液喷涂在具有分形结构的柔性导电复合薄膜基底上，得到表面具有聚甲基丙烯酸甲酯包裹(包裹厚度为5μm)的导电基底。将得到的导电基底置于烘箱中加热50分钟时间后取出，即可得到表面包裹有纳米聚甲基丙烯酸甲酯薄膜的低亲电性微纳复合电极。
高亲电性微纳复合电极的制备
采用激光切割仪将厚度为300μm柔性聚合物PET薄膜制备成具有分形结构的基底，分形维数为0.1-2。清洗干净，自然晾干。通过水热法在PET薄膜上生长粒径为250nm的氧化锌纳米颗粒层，然后再化学镀一层厚度为0.4μm的金属金，得到具有分形结构的导电复合薄膜基底。将聚偏氟乙烯浓缩液分散在乙醇中，摇匀，得到分散均匀的悬浊液。将得到的悬浊液喷涂在具有分形结构的柔性导电复合薄膜基底上，得到表面具有聚偏氟乙烯包裹(包裹厚度为5μm)的导电基底。将得到的导电基底置于烘箱中加热50分钟时间后取出，即可得到表面包裹有纳米聚偏氟乙烯薄膜的高亲电性微纳复合电极。
将多对分形结构低亲电性微纳复合电极和分形结构高亲电性微纳复合电极随机堆积在一起，即可得到可作为柔性分形结构填充物的摩擦纳米发电传感器。
在施加一定的外力下进行测试，测得可作为柔性分形结构填充物的摩擦纳米发电传感器短路电流为2.1×10-6A，开路电压为2.4V。
实施例9—具有柔性分形结构的摩擦纳米发电传感器填充物的制备
低亲电性微纳复合电极的制备
将厚度为200μm的羽毛清洗干净，自然晾干。通过水热法在羽毛上生长粒径为20nm的氧化钛纳米颗粒层，然后再化学镀一层厚度为0.5μm的金属，得到具有分形结构的导电复合基底。将聚酯浓缩液分散在乙醇中，摇匀，得到分散均匀的悬浊液。将得到的悬浊液喷涂在具有分形结构的柔性导电复合基底上，得到表面具有聚酯包裹(包裹厚度为6μm)的导电基底。将得到的导电基底置于烘箱中加热50分钟时间后取出，即可得到表面包裹有纳米聚酯薄膜的低亲电性微纳复合电极。
高亲电性微纳复合电极的制备
将厚度为200μm的羽毛清洗干净，自然晾干。通过水热法在羽毛上生长粒径为20nm的氧化镍纳米颗粒层，然后再化学镀一层厚度为0.6μm的金属铜，得到具有分形结构的导电复合基底。将聚偏二氯乙烯浓缩液分散在乙醇中，摇匀，得到分散均匀的悬浊液。将得到的悬浊液喷涂在具有分形结构的柔性导电复合基底上，得到表面具有聚偏二氯乙烯包裹(包裹厚度为5μm)的导电基底。将得到的导电基底置于烘箱中加热50分钟时间后取出，即可得到表面包裹有纳米聚偏二氯乙烯薄膜的高亲电性微纳复合电极。
将多对分形结构低亲电性微纳复合电极和分形结构高亲电性微纳复合电极随机堆积在一起，即可得到可作为柔性分形结构填充物的摩擦纳米发电传感器。
在施加一定的外力下进行测试，测得可作为柔性分形结构填充物的摩擦纳米发电传感器短路电流为1.2×10-6A，开路电压为1.4V。
实施例10—具有柔性分形结构的摩擦纳米发电传感器填充物的制备
低亲电性微纳复合电极的制备
将蚕丝网清洗干净，自然晾干。通过水热法在蚕丝上生长粒径为200nm的氧化铜纳米颗粒层，然后再化学镀一层厚度为0.5μm的金属锌，得到具有分形结构的导电复合基底。将聚甲醛浓缩液分散在乙醇中，摇匀，得到分散均匀的悬浊液。将得到的悬浊液喷涂在具有分形结构的柔性导电复合基底上，得到表面具有聚甲醛包裹(包裹厚度为100μm)的导电基底。将得到的导电基底置于烘箱中加热50分钟时间后取出，即可得到表面包裹有纳米聚甲醛薄膜的低亲电性微纳复合电极。
高亲电性微纳复合电极的制备
将蚕丝网清洗干净，自然晾干。通过水热法在蚕丝上生长粒径为200nm的氧化锌纳米颗粒层，然后再化学镀一层厚度为0.6μm的金属铜，得到具有分形结构的导电复合基底。将聚碳酸双酚浓缩液分散在乙醇中，摇匀，得到分散均匀的悬浊液。将得到的悬浊液喷涂在具有分形结构的柔性导电复合基底上，得到表面具有聚碳酸双酚裹(包裹厚度为100μm)的导电基底。将得到的导电基底置于烘箱中加热50分钟时间后取出，即可得到表面包裹有纳米聚碳酸双酚薄膜的高亲电性微纳复合电极。
将多对分形结构低亲电性微纳复合电极和分形结构高亲电性微纳复合电极随机堆积在一起，即可得到可作为柔性分形结构填充物的摩擦纳米发电传感器。
在施加一定的外力下进行测试，测得可作为柔性分形结构填充物的摩擦纳米发电传感器短路电流为1.6×10-6A，开路电压为1.8V。
实施例11—具有柔性分形结构的摩擦纳米发电传感器填充物制备
低亲电性微纳复合电极的制备
采用激光切割仪将厚度为200μm柔性镍膜制备成具有分形结构的基底，分形维数为0.1-2。清洗干净，自然晾干。将乙基纤维素浓缩液分散在乙醇中，摇匀，得到分散均匀的悬浊液。将得到的悬浊液喷涂在具有分形结构的镍纤维丝上，得到表面具有乙基纤维素包裹(包裹厚度为0.05μm)的导电基底。将得到的导电基底置于烘箱中加热50分钟时间后取出，即可得到表面包裹有纳米乙基纤维素薄膜的低亲电性微纳复合电极。
高亲电性微纳复合电极的制备
采用激光切割仪将镍纤维丝制备成具有分形结构的基底，分形维数为0.1-2。清洗干净，自然晾干。将聚二甲基硅氧烷浓缩液分散在乙醇中，摇匀，得到分散均匀的悬浊液。将得到的悬浊液喷涂在具有分形结构的镍纤维丝上，得到表面具有聚二甲基硅氧烷包裹(包裹厚度为0.05μm)的导电基底。将得到的导电基底置于烘箱中加热50分钟时间后取出，即可得到表面包裹有聚二甲基硅氧烷薄膜的高亲电性微纳复合电极。
多对分形结构低亲电性微纳复合电极和分形结构高亲电性微纳复合电极随机堆积在一起，即可得到可作为柔性分形结构填充物的摩擦纳米发电传感器。
在施加一定的外力下进行测试，测得可作为柔性分形结构填充物的摩擦纳米发电传感器短路电流为2.6×10-6A，开路电压为3.0V。
可作为柔性分形结构填充物的摩擦纳米发电传感器可作为填充货在用于制作床上用品，床上用品可以为枕头、床垫、床单、棉絮、被套等。用本发明的具有柔性分形结构的摩擦纳米发电传感器填充物制作成枕芯、床单填充物、棉絮芯、床垫芯、被套填充物。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明,如：
导电材料还可以为其他金属、掺锡氧化铟、掺氟氧化锡以及导电高分子材料中的一种。不导电材料还可以为不导电高分子材料、不导电聚合高分子材料、不导电无机材料、羽毛、纤维中的一种。
低亲电性材料可以选择聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、三聚氰胺、碳酸纤维、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯中的任意一种，包覆厚度为0.05μm-100μm。高亲电性材料可以选择聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚氯乙烯或聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚碳酸双酚或腈氯纶、聚偏氟乙烯中的任意一种，包覆厚度为0.05μm-100μm。
本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种具有柔性分形结构的摩擦纳米发电传感器床上用品填充物，其特征在于：包括分形结构低亲电性微纳复合电极和分形结构高亲电性微纳复合电极，一个分形结构低亲电性微纳复合电极和一个分形结构高亲电性微纳复合电极组成一个电极对，多个电极对随机堆叠制成柔性填充物，在没有受到外力情况下，每个电极对的两个电极处于分开状态；所述分形结构低亲电性微纳复合电极通过在分形结构导电基底包覆低亲电性材料得到；所述分形结构高亲电性微纳复合电极为在分形结构导电基底包覆高亲电性材料得到；所述柔性填充物为羽毛状或绒毛状或棉絮结构状，所述分形结构导电基底具有非平板的分形破碎结构，其分形维数为0.1-2。
2.根据权利要求1所述具有柔性分形结构的摩擦纳米发电传感器床上用品填充物，其特征在于：所述分形结构导电基底为导电材料或在不导电材料上包裹导电材料制成。
3.根据权利要求2所述具有柔性分形结构的摩擦纳米发电传感器床上用品填充物，其特征在于，所述分形结构导电基底的制作为：先在不导电材料上生长纳米氧化物，再包裹金属铜、锰、镍、钛、锌、金、银、铝、碳材料中的一种，包裹厚度为0.05μm-100μm。
4.根据权利要求3所述具有柔性分形结构的摩擦纳米发电传感器床上用品填充物，其特征在于：所述纳米氧化物为纳米氧化锌、氧化钛、氧化铝、氧化镍、氧化铜、氧化锰中的一种，粒径为0.1nm-500nm。
5.根据权利要求2或3或4所述具有柔性分形结构的摩擦纳米发电传感器床上用品填充物，其特征在于：所述导电材料为金属、掺锡氧化铟、掺氟氧化锡以及导电高分子材料中的一种；所述不导电材料为不导电高分子材料、不导电聚合高分子材料、不导电无机材料、羽毛、纤维中的一种。
6.根据权利要求3所述具有柔性分形结构的摩擦纳米发电传感器床上用品填充物，其特征在于：所述低亲电性材料为聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、三聚氰胺、碳酸纤维、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯中的一种，包覆厚度为0.05μm-100μm；所述高亲电性材料为聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚氯乙烯、聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚碳酸双酚、腈氯纶、聚偏氟乙烯中的一种，包覆厚度为0.05μm-100μm。
7.权利要求1-6任一项所述具有柔性分形结构的摩擦纳米发电传感器填充物在制作床上用品中的应用。
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