CN111478618A - 一种基于织物的柔性摩擦发电机及其制造方法 - Google Patents

一种基于织物的柔性摩擦发电机及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于织物的柔性摩擦发电机，包括织物a和织物b，织物a一侧设置有第一电极，织物b一侧设置有第二电极，第一电极和第二电极相对设置，且均引出导线，第二电极表面设置有高分子聚合物薄膜。本发明还公开了一种基于织物的柔性摩擦发电机的制造方法，首先，进行预处理、打印溶液a、b的配制，然后将打印溶液a、打印溶液b分别装入压电式双喷头微滴喷射打印系统的喷头a、喷头b；再喷射打印，然后制备高分子聚合物薄膜，将第一电极粘贴在织物a的下表面引出导线，将第二电极引出导线，并相对设置，得到基于织物的柔性摩擦发电机。解决了现有的摩擦发电机的可穿戴性差、供电持续性弱、制备工艺复杂的问题。

Description

一种基于织物的柔性摩擦发电机及其制造方法
技术领域
本发明属于发电机技术领域，具体涉及一种基于织物的柔性摩擦发电机，本发明还涉及上述柔性摩擦发电机的制造方法。
背景技术
智能可穿戴产品是新兴的一类智能纺织品。目前，智能可穿戴产品中的微功耗无线传感器供电主要是依靠锂离子电池，但是由于其寿命有限，还存在污染环境的潜在风险，使得智能可穿戴产品的发展受到一定的影响。
目前，对智能可穿戴产品中的微功耗无线传感器节点供电的方式有压电式、摩擦式和电磁式。其中，利用摩擦起电和静电感应原理制备的摩擦式发电机能够将机械能转化为电能，是解决无线传感器供电问题的新技术，而且在人体活动等低频能量收集方面有着独特的优势。然而，现有的摩擦发电机大多为刚性，其便携性、柔韧性、可穿戴性较差，供电持续性弱，且制造工艺复杂、成本高；因此，探索一种柔性化、低成本、制备工艺简单的摩擦发电机是解决当前智能可穿戴产品供电问题的新难点。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于织物的柔性摩擦发电机，解决了现有的摩擦发电机的柔韧性、可穿戴性差、供电持续性弱的问题。
本发明的另一目的是提供一种基于织物的柔性摩擦发电机的制造方法，解决了现有的摩擦发电机制备工艺复杂、成本高的问题。
本发明所采用的一种技术方案是，一种基于织物的柔性摩擦发电机，包括织物a和织物b，织物a一侧设置有第一电极，织物b一侧设置有第二电极，第一电极和第二电极相对设置，且均引出导线，第二电极表面设置有高分子聚合物薄膜。
本发明的特点还在于：
织物a和织物b均为平纹织物、斜纹织物、缎纹织物中的任意一种。
第一电极为金属、合金中的任意一种；金属为银、铝、铜、锡或铁箔；合金为铝合金、镁合金或锡合金胶带。
高分子聚合物薄膜为聚二甲基硅氧烷薄膜、聚四氟乙烯薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚甲基丙烯酸酯薄膜中的任意一种。
第二电极为银电极。
本发明所采用的另一种技术方案是，一种基于织物的柔性摩擦发电机的制造方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、预处理
采用阳离子脂肪酰胺溶液浸泡织物b，去除杂质，将浸泡后的织物b进行烘干、定形处理，然后平铺在安装于底座的二维移动平台上，备用；
步骤2、打印溶液a、b的配制
将适量原料a溶于去离子水，搅拌均匀使其充分溶解后，分别采用单层慢速滤纸、双层慢速滤纸进行过滤，得到打印溶液a；将适量硝酸银粉末溶于去离子水，搅拌均匀使其充分溶解后，分别采用单层慢速滤纸、双层慢速滤纸进行过滤，得到打印溶液b，备用；
步骤3、将打印溶液a装入压电式双喷头微滴喷射打印系统的喷头a，将打印溶液b装入压电式双喷头微滴喷射打印系统的喷头b，喷头a、喷头b均连接有驱动电源，驱动电源、二维移动平台均连接有控制器，控制器连接有高速相机；
步骤4、打印
启动高速相机，采集喷射打印的动态过程，并反馈给控制器；控制器控制二维移动平台按照预定轨迹相对于喷头a移动，同时控制驱动电源驱动喷头a中的打印溶液a喷出，并沉积在织物b上；
控制器控制二维移动平台移动至初始位置，重新按照预定轨迹相对于喷头b移动，同时控制驱动电源驱动喷头b中的打印溶液b喷出，二维移动平台重复与打印溶液a的沉积轨迹，形成预定轨迹的第二电极；
步骤5、采用无水乙醇冲洗打印有第二电极的织物b，去除残留液及不完全反应物，将其放置到固化炉内进行烘干处理，备用；
步骤6、选取适量原料c，将原料c放置到超声清洗机中进行超声处理，去除原料c中的空气，备用；
步骤7、将步骤5中的织物b平铺在模具内，在第二电极表面涂覆原料c后，放置到真空加热箱中进行固化处理，得到带有高分子聚合物薄膜的第二电极；
步骤8、将第一电极粘贴在织物a的下表面，并引出导线，将步骤7中的第二电极引出导线，第一电极和第二电极相对设置，得到基于织物的柔性摩擦发电机。
本发明的特点还在于：
步骤1中，烘干处理的温度为30～40℃，时间为3～10min；步骤5中，烘干处理的温度为40～60℃，时间为3～5min。
步骤2中，原料a和去离子水的质量比为3～5：10～12，原料a为抗坏血酸、柠檬酸或草酸，打印溶液a的质量体积浓度为296g/m3～300g/m3；
硝酸银粉末和去离子水的质量比1～5：2～10，打印溶液b的质量体积浓度为496g/m3～500g/m3。
步骤6中，原料c的质量为1.2～2.4g；原料c为聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯、聚酰亚胺或聚甲基丙烯酸酯，超声处理的功率为70～90W、时间为10～20min。
步骤7中，固化处理的温度为100～120℃，时间为40～60min。
本发明的有益效果是：
(1)、本发明一种基于织物的柔性摩擦发电机，设计原理采用平行板电容器原理，第一电极、第二电极分别为平行板电容器的上、下极板电极，高分子聚合物薄膜为介电层，其结构简单、柔性好、与织物结合度高；在具体工作时，依靠拍打、摩擦等人体运动使第一电极和高分子聚合物薄膜接触摩擦，进而带上等量异种电荷，分离时因第一电极、第二电极电势不同而产生电流，并通过导线传输出来，将机械能转化为电能，持续供电，解决了现有的摩擦发电机的柔韧性、可穿戴性差、供电持续性弱的问题。
(2)、本发明一种基于织物的柔性摩擦发电机的制造方法，解决了传统柔性导电线路制备工艺复杂、成本高的问题，将微滴按需喷射技术与液相还原沉积技术相结合，将溶液微滴按照预定轨迹喷射在织物表面，通过化学反应沉积形成织物摩擦发电机，制备方法工艺简单、能耗低、周期短，为织物摩擦发电机的制备开辟一条新路径；本发明一种基于织物的柔性摩擦发电机的制造方法，使析出的金属单质与织物纤维的结合更为致密，有效提高了摩擦发电机的柔韧性、可穿戴性，且成本极低，具有实用价值。
附图说明
图1是本发明一种基于织物的柔性摩擦发电机的结构示意图；
图2是本发明一种基于织物的柔性摩擦发电机中喷射装置的示意图；
图3是压电式双喷头微滴喷射打印系统中喷头a的结构示意图；
图4是本发明一种基于织物的柔性摩擦发电机的电压波形图；
图5是本发明一种基于织物的柔性摩擦发电机的电流波形图。
图中，1.第一电极，2.导线，3.第二电极，4.高分子聚合物薄膜，6.底座7.二维移动平台，8.喷头a，9.喷头b，10.驱动电源，11.高速相机，12.控制器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明涉及一种基于织物的柔性摩擦发电机，结构如图1所示，包括织物a和织物b，织物a一侧设置有第一电极1，织物b一侧设置有第二电极3，第一电极1和第二电极3相对设置，且均引出导线2，第二电极3表面设置有高分子聚合物薄膜4。
优选地，织物a和织物b均为平纹织物、斜纹织物、缎纹织物中的任意一种。
优选地，第一电极1为金属、合金中的任意一种；金属为银、铝、铜、锡或铁箔；合金为铝合金、镁合金或锡合金胶带。第二电极3为银电极。
优选地，高分子聚合物薄膜4为聚二甲基硅氧烷薄膜、聚四氟乙烯薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚甲基丙烯酸酯薄膜中的任意一种。
本发明还涉及一种基于织物的柔性摩擦发电机的制造方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、预处理
采用阳离子脂肪酰胺溶液浸泡织物b，去除杂质，将浸泡后的织物b进行烘干、定形处理，然后平铺在安装于底座6的二维移动平台7上，备用；
其中，烘干处理的温度为30～40℃，时间为3～10min；
步骤2、打印溶液a、b的配制
将适量原料a溶于去离子水，搅拌均匀使其充分溶解后，分别采用单层慢速滤纸、双层慢速滤纸进行过滤，得到打印溶液a；将适量硝酸银粉末溶于去离子水，搅拌均匀使其充分溶解后，分别采用单层慢速滤纸、双层慢速滤纸进行过滤，得到打印溶液b，备用；
其中，原料a和去离子水的质量比为3～5：10～12，原料a为抗坏血酸、柠檬酸或草酸，打印溶液a的质量体积浓度为296g/m3～300g/m3；
硝酸银粉末和去离子水的质量比1～5：2～10，打印溶液b的质量体积浓度为496g/m3～500g/m3；
步骤3、将打印溶液a装入压电式双喷头微滴喷射打印系统的喷头a8，将打印溶液b装入压电式双喷头微滴喷射打印系统的喷头b9，喷头a8、喷头b9均连接有驱动电源10，如图3所示，驱动电源10、二维移动平台7均连接有控制器12，控制器12连接有高速相机11，构成喷射装置如图2所示；高速相机11将采集的喷射打印位置、轨迹、微滴的直径大小、速度信息传递至控制器12中，便于驱动电源10调节自身参数，修订微滴形态和定位偏差，得到预定的电极形状；
步骤4、喷射打印
启动高速相机11，采集喷射打印的动态过程，并反馈给控制器12；控制器12控制二维移动平台7按照预定轨迹相对于喷头a8移动，同时控制驱动电源10驱动喷头a8中的打印溶液a喷出，并沉积在织物b上；
控制器12控制二维移动平台7移动至初始位置，重新按照预定轨迹相对于喷头b9移动，同时控制驱动电源10驱动喷头b9中的打印溶液b喷出，二维移动平台7重复与打印溶液a的沉积轨迹，形成预定轨迹的第二电极3；
步骤5、采用无水乙醇冲洗打印有第二电极3的织物b，去除残留液及不完全反应物，将其放置到固化炉内进行烘干处理，备用；
其中，烘干处理的温度为40～60℃，时间为3～5min；
步骤6、选取适量原料c，将原料c放置到超声清洗机中进行超声处理，去除原料c中的空气，备用；
其中，原料c的质量为1.2～2.4g；原料c为聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯、聚酰亚胺或聚甲基丙烯酸酯，超声处理的功率为70～90W、时间为10～20min；
步骤7、将步骤5中的织物b平铺在模具内，在第二电极3表面涂覆原料c后，放置到真空加热箱中进行固化处理，得到带有高分子聚合物薄膜4的第二电极3；
其中，固化处理的温度为100～120℃，时间为40～60min；
步骤8、将第一电极1粘贴在织物a的下表面，并引出导线2，将步骤7中的第二电极3引出导线2，第一电极1和第二电极3相对设置，得到基于织物的柔性摩擦发电机。
实施例1
(1)预处理
步骤1、预处理
采用阳离子脂肪酰胺溶液浸泡平纹织物，去除杂质，将浸泡后的平纹织物进行烘干、定形处理，然后平铺在安装于底座6的二维移动平台7上，备用；
其中，烘干处理的温度为30℃，时间为3min；
(2)打印溶液a、b的配制
将抗坏血酸和去离子水以质量比为3：10混合，搅拌均匀使其充分溶解后，分别采用单层慢速滤纸、双层慢速滤纸进行过滤，得到质量体积浓度为296g/m3的打印溶液a；
将硝酸银粉末和去离子水以质量比为1：2混合，搅拌均匀使其充分溶解后，分别采用单层慢速滤纸、双层慢速滤纸进行过滤，得到质量体积浓度为496g/m3的打印溶液b，备用；
(3)将打印溶液a装入压电式双喷头微滴喷射打印系统的喷头a8，将打印溶液b装入压电式双喷头微滴喷射打印系统的喷头b9，喷头a8、喷头b9均连接有驱动电源10，驱动电源10、二维移动平台7均连接有控制器12，控制器12连接有高速相机11；
(4)喷射打印
启动高速相机11，采集喷射打印的动态过程，并反馈给控制器12；控制器12控制二维移动平台7按照预定轨迹相对于喷头a8移动，同时控制驱动电源10驱动喷头a8中的打印溶液a喷出，并沉积在平纹织物上；
控制器12控制二维移动平台7移动至初始位置，重新按照预定轨迹相对于喷头b9移动，同时控制驱动电源10驱动喷头b9中的打印溶液b喷出，二维移动平台7重复与打印溶液a的沉积轨迹，形成预定轨迹的第二电极3，即银电极；
(5)采用无水乙醇冲洗打印有第二电极3的平纹织物，去除残留液及不完全反应物，将其放置到固化炉内进行烘干处理，备用；
其中，烘干处理的温度为40℃，时间为3min；
(6)选取质量为1.2g的聚二甲基硅氧烷，将聚二甲基硅氧烷放置到超声清洗机中进行超声处理，去除聚二甲基硅氧烷中的空气，备用；
其中，超声处理的功率为70W、时间为10min；
(7)将上述平纹织物平铺在模具内，在第二电极3表面涂覆聚二甲基硅氧烷后，放置到真空加热箱中进行固化处理，得到带有高分子聚合物薄膜4的第二电极3；
其中，固化处理的温度为100℃，时间为40min；
(8)将铜箔粘贴在平纹织物的下表面，并引出导线2，将(7)中的第二电极3引出导线2，第一电极1和第二电极3相对设置，得到基于织物的柔性摩擦发电机。
实施例2
(1)预处理
步骤1、预处理
采用阳离子脂肪酰胺溶液浸泡斜纹织物，去除杂质，将浸泡后的斜纹织物进行烘干、定形处理，然后平铺在安装于底座6的二维移动平台7上，备用；
其中，烘干处理的温度为35℃，时间为7min；
(2)打印溶液a、b的配制
将抗坏血酸和去离子水以质量比为4：12混合，搅拌均匀使其充分溶解后，分别采用单层慢速滤纸、双层慢速滤纸进行过滤，得到质量体积浓度为298g/m3的打印溶液a；
将硝酸银粉末和去离子水以质量比为2：3混合，搅拌均匀使其充分溶解后，分别采用单层慢速滤纸、双层慢速滤纸进行过滤，得到质量体积浓度为498g/m3的打印溶液b，备用；
(3)将打印溶液a装入压电式双喷头微滴喷射打印系统的喷头a8，将打印溶液b装入压电式双喷头微滴喷射打印系统的喷头b9，喷头a8、喷头b9均连接有驱动电源10，驱动电源10、二维移动平台7均连接有控制器12，控制器12连接有高速相机11；
(4)喷射打印
启动高速相机11，采集喷射打印的动态过程，并反馈给控制器12；控制器12控制二维移动平台7按照预定轨迹相对于喷头a8移动，同时控制驱动电源10驱动喷头a8中的打印溶液a喷出，并沉积在斜纹织物上；
控制器12控制二维移动平台7移动至初始位置，重新按照预定轨迹相对于喷头b9移动，同时控制驱动电源10驱动喷头b9中的打印溶液b喷出，二维移动平台7重复与打印溶液a的沉积轨迹，形成预定轨迹的第二电极3，即银电极；
(5)采用无水乙醇冲洗打印有第二电极3的斜纹织物，去除残留液及不完全反应物，将其放置到固化炉内进行烘干处理，备用；
其中，烘干处理的温度为55℃，时间为4min；
(6)选取质量为1.2g的聚四氟乙烯，将聚四氟乙烯放置到超声清洗机中进行超声处理，去除聚四氟乙烯中的空气，备用；
其中，超声处理的功率为80W、时间为15min；
(7)将上述斜纹织物平铺在模具内，在第二电极3表面涂覆聚四氟乙烯后，放置到真空加热箱中进行固化处理，得到带有高分子聚合物薄膜4的第二电极3；
其中，固化处理的温度为110℃，时间为50min；
(8)将铝箔粘贴在斜纹织物的下表面，并引出导线2，将(7)中的第二电极3引出导线2，第一电极1和第二电极3相对设置，得到基于织物的柔性摩擦发电机。
实施例3
(1)预处理
步骤1、预处理
采用阳离子脂肪酰胺溶液浸泡缎纹织物，去除杂质，将浸泡后的缎纹织物进行烘干、定形处理，然后平铺在安装于底座6的二维移动平台7上，备用；
其中，烘干处理的温度为40℃，时间为10min；
(2)打印溶液a、b的配制
将抗坏血酸和去离子水以质量比为5：12混合，搅拌均匀使其充分溶解后，分别采用单层慢速滤纸、双层慢速滤纸进行过滤，得到质量体积浓度为300g/m3的打印溶液a；
将硝酸银粉末和去离子水以质量比为4：9混合，搅拌均匀使其充分溶解后，分别采用单层慢速滤纸、双层慢速滤纸进行过滤，得到质量体积浓度为500g/m3的打印溶液b，备用；
(3)将打印溶液a装入压电式双喷头微滴喷射打印系统的喷头a8，将打印溶液b装入压电式双喷头微滴喷射打印系统的喷头b9，喷头a8、喷头b9均连接有驱动电源10，驱动电源10、二维移动平台7均连接有控制器12，控制器12连接有高速相机11；
(4)喷射打印
启动高速相机11，采集喷射打印的动态过程，并反馈给控制器12；控制器12控制二维移动平台7按照预定轨迹相对于喷头a8移动，同时控制驱动电源10驱动喷头a8中的打印溶液a喷出，并沉积在缎纹织物上；
控制器12控制二维移动平台7移动至初始位置，重新按照预定轨迹相对于喷头b9移动，同时控制驱动电源10驱动喷头b9中的打印溶液b喷出，二维移动平台7重复与打印溶液a的沉积轨迹，形成预定轨迹的第二电极3，即银电极；
(5)采用无水乙醇冲洗打印有第二电极3的缎纹织物，去除残留液及不完全反应物，将其放置到固化炉内进行烘干处理，备用；
其中，烘干处理的温度为60℃，时间为5min；
(6)选取质量为2.4g的聚酰亚胺，将聚酰亚胺放置到超声清洗机中进行超声处理，去除聚酰亚胺中的空气，备用；
其中，超声处理的功率为90W、时间为20min；
(7)将上述缎纹织物平铺在模具内，在第二电极3表面涂覆聚酰亚胺后，放置到真空加热箱中进行固化处理，得到带有高分子聚合物薄膜4的第二电极3；
其中，固化处理的温度为120℃，时间为60min；
(8)将锡箔粘贴在缎纹织物的下表面，并引出导线2，将(7)中的第二电极3引出导线2，第一电极1和第二电极3相对设置，得到基于织物的柔性摩擦发电机。
实施例4
(1)预处理
步骤1、预处理
采用阳离子脂肪酰胺溶液浸泡平纹织物，去除杂质，将浸泡后的平纹织物进行烘干、定形处理，然后平铺在安装于底座6的二维移动平台7上，备用；
其中，烘干处理的温度为35℃，时间为3min；
(2)打印溶液a、b的配制
将柠檬酸和去离子水以质量比为4：11混合，搅拌均匀使其充分溶解后，分别采用单层慢速滤纸、双层慢速滤纸进行过滤，得到质量体积浓度为297g/m3的打印溶液a；
将硝酸银粉末和去离子水以质量比为4：7混合，搅拌均匀使其充分溶解后，分别采用单层慢速滤纸、双层慢速滤纸进行过滤，得到质量体积浓度为497g/m3的打印溶液b，备用；
(3)将打印溶液a装入压电式双喷头微滴喷射打印系统的喷头a8，将打印溶液b装入压电式双喷头微滴喷射打印系统的喷头b9，喷头a8、喷头b9均连接有驱动电源10，驱动电源10、二维移动平台7均连接有控制器12，控制器12连接有高速相机11；
(4)喷射打印
启动高速相机11，采集喷射打印的动态过程，并反馈给控制器12；控制器12控制二维移动平台7按照预定轨迹相对于喷头a8移动，同时控制驱动电源10驱动喷头a8中的打印溶液a喷出，并沉积在平纹织物上；
控制器12控制二维移动平台7移动至初始位置，重新按照预定轨迹相对于喷头b9移动，同时控制驱动电源10驱动喷头b9中的打印溶液b喷出，二维移动平台7重复与打印溶液a的沉积轨迹，形成预定轨迹的第二电极3，即银电极；
(5)采用无水乙醇冲洗打印有第二电极3的平纹织物，去除残留液及不完全反应物，将其放置到固化炉内进行烘干处理，备用；
其中，烘干处理的温度为55℃，时间为4min；
(6)选取质量为2.2g的聚甲基丙烯酸酯，将聚甲基丙烯酸酯放置到超声清洗机中进行超声处理，去除聚甲基丙烯酸酯中的空气，备用；
其中，超声处理的功率为80W、时间为15min；
(7)将上述平纹织物平铺在模具内，在第二电极3表面涂覆聚甲基丙烯酸酯后，放置到真空加热箱中进行固化处理，得到带有高分子聚合物薄膜4的第二电极3；
其中，固化处理的温度为115℃，时间为55min；
(8)将银或铁箔粘贴在平纹织物的下表面，并引出导线2，将(7)中的第二电极3引出导线2，第一电极1和第二电极3相对设置，得到基于织物的柔性摩擦发电机。
实施例5
(1)预处理
步骤1、预处理
采用阳离子脂肪酰胺溶液浸泡平纹织物，去除杂质，将浸泡后的平纹织物进行烘干、定形处理，然后平铺在安装于底座6的二维移动平台7上，备用；
其中，烘干处理的温度为38℃，时间为8min；
(2)打印溶液a、b的配制
将草酸和去离子水以质量比为4：11混合，搅拌均匀使其充分溶解后，分别采用单层慢速滤纸、双层慢速滤纸进行过滤，得到质量体积浓度为299g/m3的打印溶液a；
将硝酸银粉末和去离子水以质量比为5：10混合，搅拌均匀使其充分溶解后，分别采用单层慢速滤纸、双层慢速滤纸进行过滤，得到质量体积浓度为498g/m3的打印溶液b，备用；
(3)将打印溶液a装入压电式双喷头微滴喷射打印系统的喷头a8，将打印溶液b装入压电式双喷头微滴喷射打印系统的喷头b9，喷头a8、喷头b9均连接有驱动电源10，驱动电源10、二维移动平台7均连接有控制器12，控制器12连接有高速相机11；
(4)喷射打印
启动高速相机11，采集喷射打印的动态过程，并反馈给控制器12；控制器12控制二维移动平台7按照预定轨迹相对于喷头a8移动，同时控制驱动电源10驱动喷头a8中的打印溶液a喷出，并沉积在平纹织物上；
控制器12控制二维移动平台7移动至初始位置，重新按照预定轨迹相对于喷头b9移动，同时控制驱动电源10驱动喷头b9中的打印溶液b喷出，二维移动平台7重复与打印溶液a的沉积轨迹，形成预定轨迹的第二电极3，即银电极；
(5)采用无水乙醇冲洗打印有第二电极3的平纹织物，去除残留液及不完全反应物，将其放置到固化炉内进行烘干处理，备用；
其中，烘干处理的温度为57℃，时间为4min；
(6)选取质量为2.3g的聚二甲基硅氧烷，将聚二甲基硅氧烷放置到超声清洗机中进行超声处理，去除聚二甲基硅氧烷中的空气，备用；
其中，超声处理的功率为85W、时间为18min；
(7)将上述平纹织物平铺在模具内，在第二电极3表面涂覆聚二甲基硅氧烷后，放置到真空加热箱中进行固化处理，得到带有高分子聚合物薄膜4的第二电极3；
其中，固化处理的温度为118℃，时间为58min；
(8)将铝合金、镁合金或锡合金胶带粘贴在平纹织物的下表面，并引出导线2，将(7)中的第二电极3引出导线2，第一电极1和第二电极3相对设置，得到基于织物的柔性摩擦发电机。
综上，实施例1为本发明的最佳实施例，工作原理是：
将导线2与负载相连接，当织物a下表面的第一电极1接触织物b上表面的高分子聚合物薄膜4时，由于摩擦起电效应，两个摩擦面会带上等量异种电荷，即第一电极1带正电荷而高分子聚合物薄膜4带负电荷，当第一电极1和高分子聚合物薄膜4分离时，两者之间会产生电势差，电势由正电荷指向负电荷；此时，由于静电感应原理，第二电极3会感应出正电荷，第二电极3和负载之间因电势差的作用，使电荷由第二电极3流向负载，当第一电极1和高分子聚合物薄膜4不再产生电势差，此时电势为零，电荷全部流向负载；当第一电极1和高分子聚合物薄膜4重新接触时，此时两者又会产生电势差；如此重复接触、分离动作，电势差驱动电子在第二电极3和负载之间往复流动，从而产生交流电信号。
本发明一种基于织物的柔性摩擦发电机，使用方法是：
采用本发明一种基于织物的柔性摩擦发电机的制造方法在所穿衣物的表面喷射打印第二电极3，并在第二电极3表面制备高分子聚合物薄膜4，然后在衣物相对第二电极3的另一表面通过粘贴、缝合方式设置第一电极1，从而形成完整的基于织物的柔性摩擦发电机。使用时将第二电极3和第一电极1相对设置，利用拍打、往复按压、水平摩擦、揉搓等运动将机械能转化为电能，通过导线将交流信号传输到能量管理电路并储存，为智能可穿戴产品微功耗传感器节点供电。本发明采用的高分子聚合物薄膜4作为摩擦发电机的介电层，由于高分子聚合物固化后化学性质不活泼，因此能长期保持性状不变，物理性质较稳定，束缚电荷能力基本保持在一定范围内，所以每次拍打，揉搓，摩擦等接触分离都会使电荷转移量保持在一定范围内，所以本发明制备的摩擦发电机供电持续性强。解决了现有的摩擦发电机的柔韧性、可穿戴性差、供电持续性弱的问题。
通过示波器和SR570低噪声电流前置放大器检测实施例1一种基于织物的柔性摩擦发电机的输出电压和电流，图4是一种基于织物的柔性摩擦发电机的电压波形图。图5是一种基于织物的柔性摩擦发电机的电流波形图。数据见表1：
表1一种基于织物的柔性摩擦发电机的电学性能
最大值 最小值 峰峰值
电压(V) 2.8 -12 14.8
电流(μA) 2.55 -5 7.55
由图4、图5、表1可以得出，本发明一种基于织物的柔性摩擦发电机在每次拍打时都具有较高的输出开路电压和短路电流，说明本发明一种基于织物的柔性摩擦发电机具有良好的能量转化效率，并且其输出的最大值、最小值波峰都能保持在一个平稳的范围内；也表明持续拍打本发明一种基于织物的柔性摩擦发电机，人体机械转化的电能持续稳定。解决了现有的摩擦发电机的柔韧性、可穿戴性差、供电持续性弱的问题。

Claims (10)

1.一种基于织物的柔性摩擦发电机，其特征在于，包括织物a和织物b，所述织物a一侧设置有第一电极(1)，所述织物b一侧设置有第二电极(3)，所述第一电极(1)和第二电极(3)相对设置，且均引出导线(2)，所述第二电极(3)表面设置有高分子聚合物薄膜(4)。
2.如权利要求1所述的一种基于织物的柔性摩擦发电机，其特征在于，所述织物a和织物b均为平纹织物、斜纹织物、缎纹织物中的任意一种。
3.如权利要求1所述的一种基于织物的柔性摩擦发电机，其特征在于，所述第一电极(1)为金属、合金中的任意一种；
所述金属为银、铝、铜、锡或铁箔；所述合金为铝合金、镁合金或锡合金胶带。
4.如权利要求1所述的一种基于织物的柔性摩擦发电机，其特征在于，所述高分子聚合物薄膜(4)为聚二甲基硅氧烷薄膜、聚四氟乙烯薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚甲基丙烯酸酯薄膜中的任意一种。
5.如权利要求1所述的一种基于织物的柔性摩擦发电机，其特征在于，所述第二电极(3)为银电极。
6.如权利要求1～5任意一项所述的一种基于织物的柔性摩擦发电机的制造方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、预处理
采用阳离子脂肪酰胺溶液浸泡织物b，去除杂质，将浸泡后的织物b进行烘干、定形处理，然后平铺在安装于底座(6)的二维移动平台(7)上，备用；
步骤2、打印溶液a、b的配制
将适量原料a溶于去离子水，搅拌均匀使其充分溶解后，分别采用单层慢速滤纸、双层慢速滤纸进行过滤，得到打印溶液a；将适量硝酸银粉末溶于去离子水，搅拌均匀使其充分溶解后，分别采用单层慢速滤纸、双层慢速滤纸进行过滤，得到打印溶液b，备用；
步骤3、将打印溶液a装入压电式双喷头微滴喷射打印系统的喷头a(8)，将打印溶液b装入压电式双喷头微滴喷射打印系统的喷头b(9)，喷头a(8)、喷头b(9)均连接有驱动电源(10)，所述驱动电源(10)、二维移动平台(7)均连接有控制器(12)，所述控制器(12)连接有高速相机(11)；
步骤4、喷射打印
启动高速相机(11)，采集喷射打印的动态过程，并反馈给控制器(12)；所述控制器(12)控制二维移动平台(7)按照预定轨迹相对于喷头a(8)移动，同时控制驱动电源(10)驱动喷头a(8)中的打印溶液a喷出，并沉积在织物b上；
所述控制器(12)控制二维移动平台(7)移动至初始位置，重新按照预定轨迹相对于喷头b(9)移动，同时控制驱动电源(10)驱动喷头b(9)中的打印溶液b喷出，二维移动平台(7)重复与打印溶液a的沉积轨迹，形成预定轨迹的第二电极(3)；
步骤5、采用无水乙醇冲洗打印有第二电极(3)的织物b，去除残留液及不完全反应物，将其放置到固化炉内进行烘干处理，备用；
步骤6、选取适量原料c，将所述原料c放置到超声清洗机中进行超声处理，去除原料c中的空气，备用；
步骤7、将步骤5中的织物b平铺在模具内，在第二电极(3)表面涂覆原料c后，放置到真空加热箱中进行固化处理，得到带有高分子聚合物薄膜(4)的第二电极(3)；
步骤8、将第一电极(1)粘贴在织物a的下表面，并引出导线(2)，将步骤7中的第二电极(3)引出导线(2)，第一电极(1)和第二电极(3)相对设置，得到基于织物的柔性摩擦发电机。
7.如权利要求6所述的一种基于织物的柔性摩擦发电机的制造方法，其特征在于，步骤1中，烘干处理的温度为30～40℃，时间为3～10min；步骤5中，烘干处理的温度为40～60℃，时间为3～5min。
8.如权利要求6所述的一种基于织物的柔性摩擦发电机的制造方法，其特征在于，步骤2中，所述原料a和去离子水的质量比为3～5：10～12，所述原料a为抗坏血酸、柠檬酸或草酸，所述打印溶液a的质量体积浓度为296g/m3～300g/m3；
所述硝酸银粉末和去离子水的质量比1～5：2～10，所述打印溶液b的质量体积浓度为496g/m3～500g/m3。
9.如权利要求6所述的一种基于织物的柔性摩擦发电机的制造方法，其特征在于，步骤6中，所述原料c的质量为1.2～2.4g；所述原料c为聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯、聚酰亚胺或聚甲基丙烯酸酯，所述超声处理的功率为70～90W、时间为10～20min。
10.如权利要求6所述的一种基于织物的柔性摩擦发电机的制造方法，其特征在于，步骤7中，所述固化处理的温度为100～120℃，时间为40～60min。
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