CN220665558U - 一种湿气发电功能纱线和湿气发电织物 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种湿气发电功能纱线，所述湿气发电功能纱线包括加捻的两根以上的单纱；所述单纱为不导电纱线，所述单纱的数量为两根以上；所述单纱的表面间隔的覆有湿气发电单元；所述湿气发电功能纱线中的不同的单纱表面的湿气发电单元沿湿气发电功能纱线长度方向形成依次循环的搭接的导电材料A层、湿气发电功能材料层和导电材料B层。本公开提供的湿电纱线，自身柔性与一维线性特征可更加贴合人体服装结构设计，并且一维线性湿电纱线可实现更高纬度(二维、三维)结构的设计与开发，所织造的高纬度织物具有良好的透气性和轻质柔软特性，能直接穿着于人体；此外，线性发电单元在不影响人体穿着舒适性的情况下，可实现高密度的大规模集成。

Description

一种湿气发电功能纱线和湿气发电织物

技术领域

本文涉及但不限于功能材料技术领域，涉及但不限于智能可穿戴领域，尤其涉及但不限于一种柔性湿气发电功能纱线和湿气发电织物。

背景技术

现有智能可穿戴电子产品的持续性供能仍面临困境，现常用的外接电源质重不便携且需频繁更换、充电的特性，在可穿戴产品的实用性和穿着舒适性上存在极大程度上限制。因此，基于人体自身的自供电形式是一种环保可持续的潜在方式。人体散湿是人体正常代谢的必要行为，因而人体皮肤表面和服装之间则会形成一个具有湿度梯度的微环境。基于此，转化人体湿气可持续地输出电能符合可穿戴器件的长期供能需求。因而，开发一维线性纤维基湿电材料既能实现人体着装的柔性、轻质需求，也满足能高维度结构的织造要求，还能达到大规模集成化的目的，输出足够多电能。

实用新型内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

本公开旨在提出一种线性合股湿电纱线的制备方法，该方法简单易操作且高效。此外，通过线性湿电纱线的制备，实现线性发电单元的匹配设计，并基于所得线性发电结构构建出更高维度的湿电织物，达到湿电单元的大规模集成并完成湿电效应与服装的结合设计，以改善自供电器件的穿着舒适性。

为达到上述目的，本公开提供一种线性合股纤维基湿电纱线及织物的制备方法，该线性纤维基湿电材料是以不导电纱线为基体，依次、间隔在多根纱线上涂覆导电材料与湿电材料，之后将功能材料间错位排列匹配，再通过加捻缠绕制备出湿电纱线，最后再经过机织、针织、编织等方式得到轻质、柔性的立体织物。通过导电材料与湿电材料的匹配设计，构建出可吸收外部湿气的湿电转化单元；湿电单元在湿气的刺激和导电材料的诱导下，产生载流子的扩散和迁移从而形成电势差和电流并对外输出电能。

本公开一些实施方案中提供了一种湿气发电功能纱线，所述湿气发电功能纱线包括加捻的两根以上的单纱；

所述单纱为不导电纱线，所述单纱的数量为两根以上；所述单纱的表面间隔的覆有不同湿气发电单元，

所述湿气发电单元为湿气发电材料层、导电材料A层、导电材料B层、湿气发电材料层+导电材料A层、湿气发电材料层+导电材料B层、导电材料A层+导电材料B层中的任意一种；

所述湿气发电功能纱线中的不同的单纱表面的湿气发电单元沿湿气发电功能纱线长度方向形成依次循环的搭接的导电材料A层、湿气发电功能材料层和导电材料B层。

在本公开提供的一些实施方案中，所述不导电单纱的细度为50Tex至10000Tex。

在本公开提供的一些实施方案中，所述导电材料A层、所述导电材料B层和所述湿气发电材料层的沿着所述湿气发电功能纱线长度方向的长度比为(0.1至5):(0.1至5):(0.1至5)。

在本公开提供的一些实施方案中，所述导电材料A层与所述导电材料B层的搭接处的长度占所述导电材料A层与所述导电材料B层总长度的5％至25％。

在本公开提供的一些实施方案中，所述导电材料A层与所述湿气发电材料层的搭接处的长度占所述导电材料A层与所述湿气发电材料层总长度的5％至25％。

在本公开提供的一些实施方案中，所述导电材料B层与所述湿气发电材料层的搭接处的长度占所述导电材料B层与所述湿气发电材料层总长度的5％至25％。

在本公开提供的一些实施方案中，所述湿气发电材料选自聚多巴胺、聚4-苯乙烯磺酸及其盐、植酸、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸和海藻酸钠中的任意一种或多种。

在本公开提供的一些实施方案中，所述导电材料A和所述导电材料B不同，所述导电材料A和所述导电材料B各自独立地选自石墨烯、碳纳米管、氧化石墨烯、炭黑、聚吡咯、聚(3,4乙烯二氧噻吩)、聚苯胺、聚噻吩、金、银、铜、钛、铝、锡、铁、镍、镁、镁铝合金、锌和铂中的任意一种或多种；

在本公开提供的一些实施方案中，所述导电材料A和/或导电材料B还包括有胶料，所述胶料选自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯和聚二甲基硅氧烷中的任意一种或多种。

在本公开提供的一些实施方案中，所述胶料占所述导电材料A的5wt.％至20wt.％。

在本公开提供的一些实施方案中，所述胶料占所述导电材料B的5wt.％至20wt.％。

在本公开提供的一些实施方案中，所述湿气发电材料还包括保湿剂，所述保湿剂选自PCA及其盐、乳酸及其盐、尿素、羟乙基尿、基葡糖聚醚、可溶性甲壳素、海藻糖、银耳多糖、透明质酸及其盐、泛醇、神经酰胺、丙三醇、丁二醇、聚乙二醇、丙二醇、已二醇、木糖醇、聚丙二醇和山梨糖醇中的任意一种或多种。

在本公开提供的一些实施方案中，所述保湿剂占所述湿气发电材料的1wt.％至40wt.％。

又一方面，本公开一些实施方案中提供了一种湿气发电织物的制备方法，所述制备方法包括：

对不同的单纱表面各自独立地覆盖湿气发电单元；所述湿气发电单元为湿气发电材料层、导电材料A层、导电材料B层、湿气发电材料层+导电材料A层、湿气发电材料层+导电材料B层、导电材料A层+导电材料B层中的任意一种；

对不同的单纱加捻使得所述湿气发电功能纱线沿长度方向依次循环设置有搭接的导电材料A层、湿气发电功能材料层和导电材料B层。

在本公开提供的一些实施方案中，覆盖所述导电材料A和覆盖所述导电材料B的方法各自独立地选自浸渍、浸压、喷涂、湿化学聚合涂覆、磁控溅射和蒸镀中的任意一种或多种。

在本公开提供的一些实施方案中，所述导电材料A和覆盖所述导电材料B的方法还包括：在20℃至50℃的环境中干燥10min至60min之后，方可进行下一步骤。

在本公开提供的一些实施方案中，覆盖所述湿气发电材料的方法选自浸渍、浸压和喷涂中的任意一种或多种。

在本公开提供的一些实施方案中，所述加捻操作可以为通过加捻使得两股单纱合股或更多股单纱合股形成湿气发电功能纱线。

又一方面本公开一些实施方案中提供了一种湿气发电织物，包括上述的湿气发电功能纱线；

所述湿气发电功能纱线表面覆盖有防水透湿材料。

在本公开提供的一些实施方案中，所述湿气发电织物还包括绝缘材料，所述绝缘材料覆盖不同的湿气发电功能纱线的非设计电连接处。

在本公开提供的一些实施方案中，所述防水透湿材料选自PTFE微孔膜、PU微孔膜、TPU膜和双组份型防水透湿薄膜中的任意一种或多种。

在本公开提供的一些实施方案中，使用湿电纱线，经过机织、针织、编织等方式得到织物，要求纱线导电部分不能接触形成导通回路。所述机织、针织、编织等方式是指通过织物组织结构设计之后，湿电纱线在机织机械、针织机械、编织机械上进行加工制备相应设计织物，从而制造出湿电服装。

又一方面本公开提供了上述的湿气发电织物进行湿气发电中的应用。

在本公开提供的一些实施方案中，所述湿气发电织物在20％至95％湿度下，25℃至50℃温度下进行湿气发电。

本公开有益效果在于：

本公开提供的湿电纱线，与其他平面性发电单元相比，其自身柔性与一维线性特征可更加贴合人体服装结构设计，并且一维线性湿电纱线可实现更高纬度(二维、三维)结构的设计与开发，所织造的高纬度织物具有良好的透气性和轻质柔软特性，能直接穿着于人体，额外不会增加人体负担；此外，线性发电单元在不影响人体穿着舒适性的情况下，可实现高密度的大规模集成。

本公开的中当湿电织物应用于人体时，柔性湿电器件则会处于人体体表所形成的湿度梯度中，1)具有一定比例保湿剂的湿电材料(13)在外界湿度的刺激下，其内部离子受到湿度梯度诱发而产生移动；2)导电材料会因为湿电材料的高湿度，而致使少量水分在高湿度区域向低湿度区域扩散转移；3)部分金属导电材料会与湿电材料中的水分或离子发生还原氧化。因此，轻质柔软湿电织物中湿电材料会在不同的导电材料上产生电势差和电流，并沿着导电纱线的方向流动。

本公开的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本公开而了解。本公开的其他优点可通过在说明书中所描述的方案来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本公开技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本公开的实施例一起用于解释本公开的技术方案，并不构成对本公开技术方案的限制。

图1中左图为本公开的单纱表面设置有导电材料A层结构示意图，右图为本公开的单纱表面设置有搭接的湿气发电材料层和导电材料B层的结构示意图。

图2为本公开的图1所示的两种单纱加捻形成的湿气发电纱线结构示意图。

图3为示例性地在图2的基础上加固定纱的湿电纱线结构示意图。

附图标记：11、不导电纱线；12、导电材料A；13、导电材料B；14、湿气发电材料；15、湿气发电材料与导电材料B搭接处；16、湿气发电材料与导电材料A搭接处；17、导电材料A与导电材料B搭接处；21、用于增加强度的固定纱。

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，下文对本公开的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本公开实施例使用的聚丙烯纱线购自深泉(江苏)滤材科技有限公司；

所述聚乙烯醇购自阿法埃莎(中国)化学有限公司，LOT:T23A039；

所述聚4-苯乙烯磺酸购自上海麦克林升华科技有限公司，P836393；

所述导电银浆购自深圳市杰永诚科技有限公司；

所述甘油购自上海泰坦科技有限公司，G66258A；

所述氯化铁购自沪市试剂公司，20170614；

所述吡咯购自迈瑞尔，M32107-25ML；

所述聚丙烯粉末购自北京市通广精细化工公司，K-30。

实施例1

制备第一单纱：在20cm的100tex聚丙烯纱线(即不导电纱线11)上化学聚合涂覆长2cm的聚吡咯(即导电材料A12)的导电段，之后间隔2.5cm涂覆第二个导电段，之后重复上述操作，涂覆完整条纱线，并干燥制得第一单纱。

制备第二单纱：在20cm的100tex聚丙烯纱线(即不导电纱线11)表面，涂覆长度2cm的导电银浆(即导电材料B13)之后间隔2.5cm涂覆第二个导电段，之后重复上述操作，涂覆完整条纱线；

将聚乙烯醇/聚4-苯乙烯磺酸(其中PVA与PSS质量比为1:1)25wt.％胶体(溶剂为甘油，该胶体即湿气发电材料14)从导电银浆表面为起点向长度方向延伸涂覆，覆盖导电银浆0.5cm，涂覆长度为2cm，之后重复上述操作，涂覆完整条纱线，再在室温下干燥，制得第二单纱。

当第一单纱和第二单纱平行错位放置时，湿气发电材料能够接触聚吡咯导电段0.5cm的导电长度。导电银浆能够接触聚吡咯导电段0.5cm的导电长度。

将第一单纱和第二单纱加捻，形成湿气发电材料与导电材料A搭接处16。

在30％湿度22℃的条件下，测试得到1个发电单元输出开路电压为0.5V，短路电流为0.2μA。测试得到4个发电单元输出开路电压为0.85V，短路电流为0.5μA。

本实施例中纱线表面的聚吡咯的制备方法如下：

使用去离子水配置0.5M氯化铁溶液和0.5M吡咯(Py)单体溶液，随后吸取适量氯化铁溶液滴加至聚丙烯纱线上并使得聚丙烯纱线待处理部位润湿。采用模具将润湿部分的聚丙烯纱线间隔静置在冰面1min后，再滴加适量的吡咯单体溶液到润湿部分的聚丙烯纱线上。持续10min聚合反应后，从冰面上取下经聚合反应变黑色的聚丙烯纱线，经过多次去离子水清洗，之后将变黑的聚丙烯纱线布置于60℃的烘箱中烘干。

实施例2至5及对比例如下表1所示。

表1：实施例及对比例及其技术效果统计表

从上表可以看出，本公开提供的湿气发电功能纱线具有优异的发电效果。相比于现有的湿气发电结构，更适合用于制备大规模织物，具备广阔的应用前景。

Claims (8)

1.一种湿气发电功能纱线，其特征在于，所述湿气发电功能纱线包括加捻的两根以上的单纱；

所述单纱为不导电纱线，所述单纱的数量为两根以上；所述单纱的表面间隔的覆有不同的湿气发电单元，

所述湿气发电单元为湿气发电材料层、导电材料A层、导电材料B层、湿气发电材料层+导电材料A层、湿气发电材料层+导电材料B层、导电材料A层+导电材料B层中的任意一种；

所述湿气发电功能纱线中的不同的单纱表面的湿气发电单元沿湿气发电功能纱线长度方向形成依次循环的搭接的导电材料A层、湿气发电功能材料层和导电材料B层。

2.根据权利要求1所述的湿气发电功能纱线，其特征在于，所述不导电纱线的细度为50Tex至10000Tex。

3.根据权利要求1所述的湿气发电功能纱线，其特征在于，所述导电材料A层、所述导电材料B层和所述湿气发电材料层的沿着所述湿气发电功能纱线长度方向的长度比为(0.1至5):(0.1至5):(0.1至5)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的湿气发电功能纱线，其特征在于，所述导电材料A层与所述导电材料B层的搭接处的长度占所述导电材料A层与所述导电材料B层总长度的5％至25％。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的湿气发电功能纱线，其特征在于，所述导电材料A层与所述湿气发电材料层的搭接处的长度占所述导电材料A层与所述湿气发电材料层总长度的5％至25％。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的湿气发电功能纱线，其特征在于，所述导电材料B层与所述湿气发电材料层的搭接处的长度占所述导电材料B层与所述湿气发电材料层总长度的5％至25％。

7.一种湿气发电织物，其特征在于，包括权利要求1至6中任一项所述的湿气发电功能纱线；

所述湿气发电功能纱线表面覆盖有防水透湿材料。

8.根据权利要求7所述的湿气发电织物，其特征在于，所述湿气发电织物还包括绝缘材料，所述绝缘材料覆盖不同的湿气发电功能纱线的非设计电连接处。