CN112865239A - 一种可缝制于织物的无线充电器件的制备方法及器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可缝制于织物的无线充电器件的制备方法及器件，其包括：将铜‑碳纳米管纤维浸入聚酰胺酸溶液中并取出；对铜‑碳纳米管纤维进行亚胺化处理，得到聚酰亚胺‑铜‑碳纳米管纤维；将得到的聚酰亚胺‑铜‑碳纳米管纤维通过刺绣或缝制的方式在织物上形成线圈状纹路。本发明解决了材质的局限性问题，利用碳纳米管纤维的柔性、轻质、可纺性，可将其整合至织物上；解决了碳纳米管纤维导电性差的缺点，通过镀铜使其电导率接近于铜，大大提高充电效率；解决了丝素包裹碳纳米管线绝缘和耐洗性的缺点，应用聚酰亚胺漆涂层，使其形成均匀、绝缘性好、耐洗性优良的碳纳米管漆包线。
Description
技术领域
本发明涉及无线充电技术领域，特别涉及一种可缝制于织物的无线充电器件的制备方法及器件。
背景技术
无线充电器是指利用电磁感应原理进行充电的设备。在发送与接收端各有一个线圈，发送端线圈连接有线电源产生电磁信号，接收端线圈感应发送端的电磁信号进而产生电流予电池充电。由于无线充电线圈材质的不同，所制备的设备功率有差异。单从材质上来说，线本身的导电率越高线圈损耗越小，在线圈直径与长度相同条件下充电设备的效率越高，因此所用的无线充电线圈材质普遍为金属的漆包线或包裹树脂、塑料的铜线。现在的无线充电设备大多应用于手机、手表等电子设备，本身金属线圈材质的限制，导致其难以整合至织物且无法实现柔性化，变形后难以恢复进而影响性能输出，因此在智能纺织品方面的无线充电设备发展几乎处于空白状态。
发明内容
本发明目的在于提供一种柔性好、绝缘耐洗、充电效率高的可缝制于织物的无线充电器件的制备方法。其采用如下技术方案：
为了解决上述问题，本发明提供了一种可缝制于织物的无线充电器件的制备方法，其包括：
将铜-碳纳米管纤维浸入聚酰胺酸溶液中并取出；
对铜-碳纳米管纤维进行亚胺化处理，得到聚酰亚胺-铜-碳纳米管纤维；
将得到的聚酰亚胺-铜-碳纳米管纤维通过刺绣或缝制的方式在织物上形成线圈状纹路。
作为本发明的进一步改进，所述聚酰胺酸溶液由均苯四甲酸酐(PMDA)和4,4'一二氨基二苯醚(ODA)合成，所述均苯四甲酸酐(PMDA)和4,4'一二氨基二苯醚(ODA)的摩尔质量比在0.96:1到0.98:1之间。
作为本发明的进一步改进，所述聚酰胺酸溶液的制备方法如下：
将4,4'一二氨基二苯醚(ODA)单体放入三口烧瓶中，然后加入N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)，搅拌至4,4'一二氨基二苯醚(ODA)完全溶解，将均苯四甲酸酐(PMDA)分三次加入烧瓶内，每次用DMAc清洗内壁，待4,4'一二氨基二苯醚(ODA)加完后继续搅拌至溶液呈现淡黄色的粘稠状。
作为本发明的进一步改进，所述对铜-碳纳米管纤维进行亚胺化处理，具体包括：
将铜-碳纳米管纤维放入氮气保护的管式炉中，进行梯度升温，先在80℃保持1h，然后升温至150℃保持1h，然后升温至200℃保持1h，最后升温至300℃保持1h。
作为本发明的进一步改进，将铜-碳纳米管纤维浸入聚酰胺酸溶液中30-90秒。
作为本发明的进一步改进，通过无电沉积法制备所述铜-碳纳米管纤维。
作为本发明的进一步改进，所述通过无电沉积法制备所述铜-碳纳米管纤维，具体包括：
用等离子清洗机处理碳纳米管纤维表面3分钟；
将碳纳米管纤维放置于2％(v/v)浓度的乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)的乙醇溶液中浸泡15min，使硅烷与碳纳米管纤维表面羟基发生反应；
以过硫酸钾为引发剂，将乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)改性后的碳纳米管纤维放入浓度为2％(v/v)的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(METAC)水溶液中，在油浴锅中80℃下反应60min；
将改性后的碳纳米管纤维放入(NH4)2PdCl4水溶液中15min，通过离子交换将PdCl4 2-催化离子固定在阳离子聚合物改性的碳纳米管纤维上；
在油浴锅温度为45℃下，将吸附催化离子的改性碳纳米管纤维放入镀铜液中沉积铜，待反应停止后取出洗净烘干，得到铜-碳纳米管纤维。
作为本发明的进一步改进，所述镀铜液由1:1的溶液A和溶液B组成，溶液A是由氢氧化钠(18.0g*L-1)、五水硫酸铜(19.5g*L-1)和酒石酸钾(43.5g*L-1)组成，溶液B为甲醛(14.5mL*L-1)水溶液。
作为本发明的进一步改进，所述(NH4)2PdCl4水溶液的浓度为4×10-3M。
为了解决上述问题，本发明还提供了一种无线充电器件，其采用上述任一所述的可缝制于织物的无线充电器件的制备方法制备。
本发明的有益效果：
本发明解决了材质的局限性问题，利用碳纳米管纤维的柔性、轻质、可纺性，可将其整合至织物上；解决了碳纳米管纤维导电性差的缺点，通过镀铜使其电导率接近于铜，大大提高充电效率；解决了丝素包裹碳纳米管线绝缘和耐洗性的缺点，应用聚酰亚胺漆涂层，使其形成均匀、绝缘性好、耐洗性优良的碳纳米管漆包线。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明优选实施例中可缝制于织物的无线充电器件的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明优选实施例中的可缝制于织物的无线充电器件的制备方法，包括以下步骤：
S10、将铜-碳纳米管纤维浸入聚酰胺酸溶液中并取出。
可选的，所述聚酰胺酸溶液由均苯四甲酸酐(PMDA)和4,4'一二氨基二苯醚(ODA)合成，所述均苯四甲酸酐(PMDA)和4,4'一二氨基二苯醚(ODA)的摩尔质量比在0.96:1到0.98:1之间。进一步的，所述均苯四甲酸酐(PMDA)和4,4'一二氨基二苯醚(ODA)的摩尔质量比在0.97:1。
在其中一实施例中，所述聚酰胺酸溶液的制备方法如下：将4,4'一二氨基二苯醚(ODA)单体放入三口烧瓶中，然后加入55ml的N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)，搅拌至4,4'一二氨基二苯醚(ODA)完全溶解，将均苯四甲酸酐(PMDA)分三次加入烧瓶内，每次用15ml的DMAc清洗内壁，每次间隔1h，待4,4'一二氨基二苯醚(ODA)加完后继续搅拌至溶液呈现淡黄色的粘稠状。
可选的，将铜-碳纳米管纤维浸入聚酰胺酸溶液中30-90秒。进一步的，可以根据所需厚度不同进行多次浸渍。
在其中一实施例中，通过无电沉积法制备所述铜-碳纳米管纤维。
可选的，所述通过无电沉积法制备所述铜-碳纳米管纤维，具体包括：
S01、用等离子清洗机处理碳纳米管纤维表面3分钟；
S02、将碳纳米管纤维放置于2％(v/v)浓度的乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)的乙醇溶液中浸泡15min，使硅烷与碳纳米管纤维表面羟基发生反应；
S03、以过硫酸钾为引发剂，将乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)改性后的碳纳米管纤维放入浓度为2％(v/v)的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(METAC)水溶液中，在油浴锅中80℃下反应60min；
S04、将改性后的碳纳米管纤维放入(NH4)2PdCl4水溶液中15min，通过离子交换将PdCl4 2-催化离子固定在阳离子聚合物改性的碳纳米管纤维上；
S05、在油浴锅温度为45℃下，将吸附催化离子的改性碳纳米管纤维放入镀铜液中沉积铜，待反应停止后取出洗净烘干，得到铜-碳纳米管纤维。
可选的，所述镀铜液由1:1的溶液A和溶液B组成，溶液A是由氢氧化钠(18.0g*L-1)、五水硫酸铜(19.5g*L-1)和酒石酸钾(43.5g*L-1)组成，溶液B为甲醛(14.5mL*L-1)水溶液。
可选的，所述(NH4)2PdCl4水溶液的浓度为4×10-3M。
S20、对铜-碳纳米管纤维进行亚胺化处理，得到聚酰亚胺-铜-碳纳米管纤维。
在其中一实施例中，所述对铜-碳纳米管纤维进行亚胺化处理，具体包括：将铜-碳纳米管纤维放入氮气保护的管式炉中，进行梯度升温，先在80℃保持1h，然后升温至150℃保持1h，然后升温至200℃保持1h，最后升温至300℃保持1h。
S30、将得到的聚酰亚胺-铜-碳纳米管纤维通过刺绣的方式在织物上形成线圈状纹路。
本发明优选实施例还公开了一种无线充电器件，其采用上述任一实施例中的可缝制于织物的无线充电器件的制备方法制备。
本发明解决了金属漆包线或丝包线应用的范围限制，随着可穿戴电子产品的发展和织物上电子产品能源供应的需求，用这种高导电、柔性、绝缘性好的复合纤维整合至纺织用品上，通过无线充电线圈解决了可穿戴电子产品供电难的问题。
本发明中的碳纳米管纤维密度仅有铜的5.7％，直径为90微米左右，强力可达400MPa，可按照所需求的输出电压，通过刺绣或缝制等简单的方式与织物结合，而且轻质的材料易于携带与穿着。
本发明可避免外漏的插头或电池等供电方式，无线充电的方式提高了服用性能的安全性和穿着的舒适性，对可穿戴智能纺织品的发展期待了极大的促进作用。
以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种可缝制于织物的无线充电器件的制备方法，其特征在于，包括：
将铜-碳纳米管纤维浸入聚酰胺酸溶液中并取出；
对铜-碳纳米管纤维进行亚胺化处理，得到聚酰亚胺-铜-碳纳米管纤维；
将得到的聚酰亚胺-铜-碳纳米管纤维通过刺绣或缝制的方式在织物上形成线圈状纹路。
2.如权利要求1所述的可缝制于织物的无线充电器件的制备方法，其特征在于，所述聚酰胺酸溶液由均苯四甲酸酐(PMDA)和4,4'一二氨基二苯醚(ODA)合成，所述均苯四甲酸酐(PMDA)和4,4'一二氨基二苯醚(ODA)的摩尔质量比在0.96:1到0.98:1之间。
3.如权利要求2所述的可缝制于织物的无线充电器件的制备方法，其特征在于，所述聚酰胺酸溶液的制备方法如下：
将4,4'一二氨基二苯醚(ODA)单体放入三口烧瓶中，然后加入N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)，搅拌至4,4'一二氨基二苯醚(ODA)完全溶解，将均苯四甲酸酐(PMDA)分三次加入烧瓶内，每次用DMAc清洗内壁，待4,4'一二氨基二苯醚(ODA)加完后继续搅拌至溶液呈现淡黄色的粘稠状。
4.如权利要求1所述的可缝制于织物的无线充电器件的制备方法，其特征在于，所述对铜-碳纳米管纤维进行亚胺化处理，具体包括：
将铜-碳纳米管纤维放入氮气保护的管式炉中，进行梯度升温，先在80℃保持1h，然后升温至150℃保持1h，然后升温至200℃保持1h，最后升温至300℃保持1h。
5.如权利要求1所述的可缝制于织物的无线充电器件的制备方法，其特征在于，将铜-碳纳米管纤维浸入聚酰胺酸溶液中30-90秒。
6.如权利要求1所述的可缝制于织物的无线充电器件的制备方法，其特征在于，通过无电沉积法制备所述铜-碳纳米管纤维。
7.如权利要求6所述的可缝制于织物的无线充电器件的制备方法，其特征在于，所述通过无电沉积法制备所述铜-碳纳米管纤维，具体包括：
用等离子清洗机处理碳纳米管纤维表面3分钟；
将碳纳米管纤维放置于2％(v/v)浓度的乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)的乙醇溶液中浸泡15min，使硅烷与碳纳米管纤维表面羟基发生反应；
以过硫酸钾为引发剂，将乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)改性后的碳纳米管纤维放入浓度为2％(v/v)的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(METAC)水溶液中，在油浴锅中80℃下反应60min；
将改性后的碳纳米管纤维放入(NH4)2PdCl4水溶液中15min，通过离子交换将PdCl4 2-催化离子固定在阳离子聚合物改性的碳纳米管纤维上；
在油浴锅温度为45℃下，将吸附催化离子的改性碳纳米管纤维放入镀铜液中沉积铜，待反应停止后取出洗净烘干，得到铜-碳纳米管纤维。
8.如权利要求7所述的可缝制于织物的无线充电器件的制备方法，其特征在于，所述镀铜液由1:1的溶液A和溶液B组成，溶液A是由氢氧化钠(18.0g*L-1)、五水硫酸铜(19.5g*L-1)和酒石酸钾(43.5g*L-1)组成，溶液B为甲醛(14.5mL*L-1)水溶液。
9.如权利要求7所述的可缝制于织物的无线充电器件的制备方法，其特征在于，所述(NH4)2PdCl4水溶液的浓度为4×10-3M。
10.一种无线充电器件，其特征在于，采用如权利要求1-9任一所述的可缝制于织物的无线充电器件的制备方法制备。
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