[发明专利]一种兼备柔性发电功能的衣服及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于纺织技术领域，更具体地，涉及一种兼备柔性发电功能的衣服及其制造方式，其具备高柔性和高复合性，同时能够安全、便捷地产生功率输出，因而尤其适用于可穿戴式电子产品的临时性充电用途。

背景技术

近年来，可穿戴式的电子产品蓬勃发展，例如出现了可穿戴式的用于检测人体健康数据的手环等产品。就目前来说，这些电子产品的功耗越来越低，已经接近毫瓦（mW）级别，可是它们往往还是需要外带的电池来驱动，而电池的使用会产生一系列的问题。例如，当电池电量用完而没有被及时地更换会导致电子器件不能工作，电池的更换也会产生费用和环境污染问题。

为了使衣服除了作为日常穿戴物品之外，还能为上述电子产品同时提供功率输出和临时充电的功能，现有技术已经提出了一些解决方案。例如，CN101136551A中公开了一种发电系统，其中通过在衣服或背包表面上安装多个纳米发电机模块，由此可通过纳米线的压电效应执行发电并输送至用电模块。此外，CN103368454A中公开了一种摩擦电纳米发电衣服，该衣服从外向内按照外层布料、外层材料、内层材料和内层布料的顺序依次层叠，由此通过内层材料与外层材料之间的摩擦来产生电信号输出。

然而，进一步的研究表明，上述现有技术仍然存在以下的缺陷或不足：首先，其实现方式仍然为在衣物中直接附加发电模块，并未对编织方式及相应的发电效应作出进一步的优化设计，相应导致发电效率和操作性方面存在不足；其次，现有的发电衣服在柔韧性、透气性和复合性方面不是很理想，同样会导致适用性、发电效率和安全性方面的不足。因此，在相关领域中有必要寻找更为完善的解决方案，以便在克服现有技术的以上缺陷的同时，更好地适用于各类可穿戴式电子产品的供电及临时充电等用途。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种兼备柔性发电功能的衣服及其制造方式，其中通过对柔性发电元件的内部构造尤其是结合衣服编织方式进行研究改进，与现有技术相比能够提供更大的功率输出，同时具备结构紧凑、便于加工制造、高柔性和高复合性等特点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种兼备柔性发电功能的衣服，其特征在于，该衣服包括由纺织线编织而成的网状框架结构，以及通过并联方式组装在此网状框架结构中的多个发电纤维组，各个发电纤维组由第一组件和第二组件共同组成，其中：

所述第一组件由纺织线和第一导电层共同组成，其中第一导电层的材质选自碳纳米管、金、银、铜或铝，其均匀包裹在纺织线的整个表面上，并且第一组件的一个末端加工有作为负极的第一电极；

所述第二组件由纺织线、第二导电层和高分子绝缘层共同组成，其中第二导电层的材质选自碳纳米管、金、银、铜或铝，其均匀包裹在纺织线的整个表面上；高分子绝缘层包裹在第二导电层的表面上，并且留下第二导电层的一个末端不予包裹，由此在此位置加工有作为正极的第二电极；

所述第一、第二组件相互缠绕成双螺旋结构，并且第一组件上加工有第一电极的末端与第二组件上未加工有电极的末端相固定，第二组件上加工有第二电极的末端与第一组件上未加工固有电极的末端相固定，以此方式，当抖动或按压衣服时，发电纤维组中的第一、第二组件的相对位置发生变化使得电容也随着变化，并导致电子在电极两端的外部电路中来回振荡，进而形成为交流电流。

作为进一步优选地，所述网状框架结构、第一组件和第二组件中的纺织线优选选自于以下材料中的任意一种：棉线，蚕丝线，羊毛线，以及以尼龙为代表的化学纤维线。

作为进一步优选地，所述第二组件中的高分子绝缘层的材质选自聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、乙烯四氟乙烯共聚物、偏氟乙烯三氟乙烯共聚物、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二酯这些材料中的一种。

作为进一步优选地，所述高分子绝缘层与第二导电层相接触的表面上优选还加工有多个微纳米的凹凸结构，由此进一步增加其表面积并提高其吸附电荷的能力。

作为进一步优选地，所述凹凸结构的平均尺寸为100纳米～400纳米。

按照本发明的另一方面，提供了一种兼备柔性发电功能的衣服，其特征在于，该衣服包括由纺织线编织而成的网状框架结构，以及通过并联方式组装在此网状框架结构中的多个发电纤维，其中：