【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及摩擦納米發電，尤其涉及一種編織結構摩擦納米發電機驅動的電致發光纖維傳感器。
技術介紹
1、可穿戴壓力傳感器可以測量和記錄人體產生的物理信號，由于其在個人醫療保健、軟機器人、人機界面等廣泛應用方面的巨大潛力，越來越受到人們的關注。然而，傳統的平面壓力傳感器在長期的動態運動中容易脫落。盡管通過將超薄平面裝置直接貼在皮膚上的一些努力來緩解上述問題，但它們通常會導致一些關于長期舒適性和安全性的缺點。具體來說，由于聚合物薄膜裝置缺乏透氣性，劇烈運動時產生的汗液無法有效蒸發，導致身體不適，嚴重時甚至會出現皮疹。在這方面，纖維形壓力傳感器是下一代可穿戴壓力傳感平臺的杰出候選者，因為它具有一維結構，并且可以集成到成熟的紡織品生產的透氣舒適的智能服裝中，在實際應用中，特別是在可穿戴平臺上，壓力傳感器的實時反饋是很重要的，這可以幫助人們減少因外力造成損傷而錯過最佳治療時間的風險。因此，如果可穿戴傳感器本身能夠直接表達力，將是一個顯著的優勢?？梢暬答伇徽J為是與壓力傳感器集成的理想模塊，因為光子和熒光信號是傳遞信息的最直觀和有效的方式。
2、電致發光纖維是一種新型的光電材料，其具有高亮度、低功率、長壽命、柔性等特點，可以廣泛應用于信息顯示、光通信、生物醫學、安全防偽等領域。電致發光纖維的研究和應用具有重要的科學意義和應用價值。根據發光材料及發光原理的不同，電致發光體系可大致分為高分子電致發光(pled)、有機電致發光(oled)、量子點電致發光(qled)及交流電致發光(acel)等。不同發光體系的電致發光器件的應用情況各有
3、近年來，隨著物聯網(iot)的構建以及可穿戴智能電子設備和個人便攜式電子設備的快速發展，除了需要滿足對大型能源的需求外，還需要滿足對便攜式移動電子設備的需求。目前對于此類微小型電子設備主要的供能方式是將傳統發電方式產生的電能存儲在電池或電容器中為其提供能量，但是，一方面增加了電子設備的體積和質量，另一方面也存在成本、環保和使用場景受限的問題，這些缺陷大大限制了大型傳感器網絡及柔性可穿戴等電子設備的發展。因此，迫切需要尋找可持續自供電能源來為便攜式電子產品供電。開發自驅動式電子設備不僅能大大拓寬其適用范圍，還能減小設備的整體體積與重量，滿足微小型設備對舒適度和耐久性的要求。自2012年以來，一種被稱為摩擦電納米發電機(teng)的機械能-電能轉換裝置已被廣泛開發。teng的出現提供了一種新的能量供給方式，它可作為能量收集器從生活環境中獲取能量，尤其是常被人忽視或未被充分利用的人體運動、機械振動等能量，具有輕質化、微型化、柔性、環境友好性和制造成本低廉等優點，能夠實現微小電子器件的無源自供電功能，在可穿戴領域的微能源收集中有著廣泛的應用前景。生活中微弱能源的收集和利用補充了傳統發電機技術的空白，在能源危機日趨嚴重的今天具有重要的戰略意義。
4、如何將摩擦電納米發電機應用于電致發光纖維制備的可穿戴傳感器上，實現可穿戴傳感器自發電性能，不再依賴傳統的外部電源設備，將具有非常重要的意義。
技術實現思路
1、本專利技術旨在至少在一定程度上解決現有技術中的技術問題之一。為此，本專利技術的一個目的在于提出一種編織結構摩擦納米發電機驅動的電致發光纖維傳感器。
2、用單根電致發光纖維結合現有傳統單電極工作模式的、包括層疊導電層和摩擦納米發電材料層的發電機雖然可以實現可視化傳感，即皮膚作為對電極，在皮膚未與摩擦納米發電材料表面發光層接觸時，該纖維不發光，而皮膚與摩擦納米發電材料表面接觸后，該纖維會在對應的接觸位置發光，接觸位置施加壓力越大發光強度越大，以此實現可視化壓力傳感。但是，上述結構的發電器件，對外部機械能的要求較高且只能收集垂直于摩擦層產生的機械能，若是外界提供的機械能較小，則器件對能量的收集較弱，不能實現可視化傳感，或者在一些特定的場景，需要電致發光纖維持續發亮，上述結構不能實現，造成了應用場景的限定。
3、鑒于此，本專利技術的第一個方面，本專利技術提出了一種編織結構摩擦納米發電機驅動的電致發光纖維傳感器。根據本專利技術的實施例，參考圖1和圖2，傳感器包括：
4、電致發光纖維體100，所述電致發光纖維體100由兩條電致發光纖維鄰接形成，所述電致發光纖維包括導電芯110和發光介電材料層120，所述發光介電材料層120包覆所述導電芯110；
5、摩擦納米發電機200，所述摩擦納米發電機包括導電材料層210和摩擦材料層220，所述導電材料層210由多個收集負電荷的導電材料條和多個收集正電荷的導電材料條交替縱橫交錯編織形成，所述摩擦材料層220由多個正摩擦材料條221和多個負摩擦材料條222交替縱橫交錯編織得到，一條所述電致發光纖維的導電芯110和多個收集負電荷的所述導電材料條電連接，另一條所述電致發光纖維的導電芯110和多個收集正電荷的所述導電材料條電連接。
6、專利技術人發現，通過形成上述編制的導電材料層210和摩擦材料層220，且結合由兩條電致發光纖維鄰接形成的電致發光纖維體100這樣的結構的器件，具有更大的接觸面積、與衣物結合更加優異，可以全方位的收集身體產生的機械能，且最大程度的轉化為電能，具體地，兩條電致發光纖維鄰接可以使電致發光纖維傳感器更好地利用摩擦納米發電機產生的交變電場，從而激發電致發光現象的產生，因而在不采用外部電源的情況下，不僅可以實現壓力傳感，還可以實現傳感器的持續發光，真正實現了利用日常產生的機械能無需外接電源的自供電、自驅動。該傳感器具有優異的獨立性、穩定性和可靠性，其擴寬了電致發光纖維摩擦納米發電傳感器的應用，整個傳感器可以編織和縫紉的方式與衣物完美結合，實現圖案顯示、壓力傳感、液體傳感。
7、需要說明的是，上述“鄰接”包括兩條電致發光纖維平行相接、相互纏繞（如圖1所示）等方式。本申請對鄰接的方式不作特別限定。
8、在本專利技術的一些實施例中，參考圖3，所述發光介電材料層120還包括電致發光層122和介電層121，所述介電層121包覆所述導電芯110，所述電致發光層122包覆所述介電層121。
9、需要說明的是，導電芯采用的材質是本領域常規材質，例如包括但不限于金屬導線、碳纖維、鍍金屬粒子化學纖維、離子凝膠纖維、導電聚合物纖維和導電復合材料纖維中的一種。
10、作為示例，介電層包括聚合物基體和分散于聚合物內部的介電材料，電致發光層包括聚合物基體和分散于聚合物內部的電致發光粉。介電材料和電致發光粉是本領域常規材料，本領域技術人員可根據實際進行選擇。例如介電材料包括但不限于鈦酸鋇、氧化鋁、氧化鎂、氧化鋇、二氧化硅；電致發光粉包括但不限于摻雜有摻雜元素的硫化鋅粉，摻雜元素為cu、al、mn、cl、ag和cd中的一種或幾種；聚合物基體包括但不限于聚二甲基硅氧烷、硅橡膠、聚氨酯、聚酰胺、聚乙烯醇和聚丙烯腈。
11、在本專利技術的一些實施例中，電致本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種編織結構摩擦納米發電機驅動的電致發光纖維傳感器，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述傳感器，其特征在于，所述摩擦材料層包括第一摩擦材料層和第二摩擦材料層，所述第一摩擦材料層由多個所述正摩擦材料條和多個所述負摩擦材料條交替縱橫交錯編織得到，形成多個間隔分布的正摩擦材料塊和負摩擦材料塊的圖案，所述第二摩擦材料層編織的方式同所述第一摩擦材料層編織的方式相同，且所述第二摩擦材料層形成的正摩擦材料塊與所述第一摩擦材料層的所述負摩擦材料塊對應，所述第二摩擦材料層形成的負摩擦材料塊與所述第一摩擦材料層的所述正摩擦材料塊對應，所述第一摩擦材料層或所述第二摩擦材料層與所述導電材料層層疊。
3.根據權利要求1所述傳感器，其特征在于，所述摩擦材料層包括第三摩擦材料層和第四摩擦材料層，所述第三摩擦材料層由多個所述正摩擦材料條和多個負摩擦材料條不等距相隔縱橫交錯編織得到，所述第四摩擦材料層由多個所述正摩擦材料條和多個負摩擦材料條不等距相隔縱橫交錯編織得到，形成多個間隔分布的正摩擦材料不等邊塊和負摩擦材料不等邊塊的圖案，所述第四摩擦材料層編織的方式同所述第三摩擦材料層編
4.根據權利要求1所述傳感器，其特征在于，所述摩擦材料層包括第五摩擦材料層和第六摩擦材料層，所述第五摩擦材料層由多個所述正摩擦材料條和多個所述負摩擦材料條交替縱橫交錯編織得到，形成多個間隔分布的正摩擦材料條狀和負摩擦材料條狀的圖案，所述第六摩擦材料層編織的方式同所述第五摩擦材料層編織的方式相同，且所述第六摩擦材料層形成的正摩擦材料條狀與所述第五摩擦材料層的所述負摩擦材料條狀對應，所述第六摩擦材料層形成的負摩擦材料條狀與所述第五摩擦材料層的所述正摩擦材料條狀對應，所述第五摩擦材料層或所述第六摩擦材料層與所述導電材料層層疊。
5.根據權利要求1所述傳感器，其特征在于，所述摩擦材料層由多個正摩擦材料條和多個負摩擦材料條交替縱橫交錯編織得到，形成多個間隔分布的正摩擦材料塊和負摩擦材料塊的圖案，所述摩擦材料層與所述導電材料層不層疊。
6.根據權利要求1-5中任一項所述傳感器，其特征在于，所述編織結構摩擦納米發電機驅動的電致發光纖維傳感器的工作模式包括滑動發電和接觸分離發電中的至少一種。
7.根據權利要求1-5中任一項所述傳感器，其特征在于，所述編織結構摩擦納米發電機驅動的電致發光纖維傳感器可應用于可視化壓力傳感或電致發光圖案顯示。
8.根據權利要求1-5中任一項所述傳感器，其特征在于，所述編織結構摩擦納米發電機驅動的電致發光纖維傳感器還可以應用于液體傳感，且所述電致發光纖維體的兩條所述電致發光纖維不接觸，且所述兩條所述電致發光纖維之間存在液體；
9.根據權利要求1-5中任一項所述傳感器，其特征在于，所述發光介電材料層還包括電致發光層和介電層，所述介電層包覆所述導電芯，所述電致發光層包覆所述介電層。
10.一種織物，其特征在于，包括權利要求1-9中任一項所述編織結構摩擦納米發電機驅動的電致發光纖維傳感器。
...【技術特征摘要】
1.一種編織結構摩擦納米發電機驅動的電致發光纖維傳感器，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述傳感器，其特征在于，所述摩擦材料層包括第一摩擦材料層和第二摩擦材料層，所述第一摩擦材料層由多個所述正摩擦材料條和多個所述負摩擦材料條交替縱橫交錯編織得到，形成多個間隔分布的正摩擦材料塊和負摩擦材料塊的圖案，所述第二摩擦材料層編織的方式同所述第一摩擦材料層編織的方式相同，且所述第二摩擦材料層形成的正摩擦材料塊與所述第一摩擦材料層的所述負摩擦材料塊對應，所述第二摩擦材料層形成的負摩擦材料塊與所述第一摩擦材料層的所述正摩擦材料塊對應，所述第一摩擦材料層或所述第二摩擦材料層與所述導電材料層層疊。
3.根據權利要求1所述傳感器，其特征在于，所述摩擦材料層包括第三摩擦材料層和第四摩擦材料層，所述第三摩擦材料層由多個所述正摩擦材料條和多個負摩擦材料條不等距相隔縱橫交錯編織得到，所述第四摩擦材料層由多個所述正摩擦材料條和多個負摩擦材料條不等距相隔縱橫交錯編織得到，形成多個間隔分布的正摩擦材料不等邊塊和負摩擦材料不等邊塊的圖案，所述第四摩擦材料層編織的方式同所述第三摩擦材料層編織的方式相同，且所述第四摩擦材料層形成的正摩擦材料不等邊塊與所述第三摩擦材料層的所述負摩擦材料不等邊塊對應，所述第四摩擦材料層形成的負摩擦材料不等邊塊與所述第三摩擦材料層的所述正摩擦材料不等邊塊對應，所述第三摩擦材料層或所述第四摩擦材料層與所述導電材料層層疊。
4.根據權利要求1所述傳感器，其特征在于，所述摩擦材料層包括第五摩擦材料層和第六摩擦材料層，所述第五摩擦材料層由多個所述正摩擦材料條和多個所述負摩擦材料條交替縱橫...
【專利技術屬性】
技術研發人員：韓璐，蔡和慶，薛新玉，張扣，辛武林，宋逸菲，胡堃，孫志成，
申請(專利權)人：北京印刷學院，
類型：發明
國別省市：
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