[发明专利]复合摩擦电材料、摩擦纳米发电机和车辆自驱动传感系统

说明书

本发明提出了一种复合摩擦电材料，以及在制动能量利用方面的应用技术。复合摩擦电材料包括：改性热固化树脂、微纳增强纤维、摩擦性能调节剂、复合填料、摩擦电性能改性剂和其它余量材料。本发明基于摩擦纳米发电原理的新型制动能量收集转化技术，可以用于车辆及轨道交通上制动能量利用、电能转化及其自驱动传感的新技术，尤其是该能量转化技术及其摩擦电材料的制备工艺和方法，该技术在自动驾驶、智能驾驶以及车辆中的自驱动传感和安全预警等领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及能量转化领域，特别涉及一种新型复合摩擦电材料，以及应用其在制动领域的基于摩擦纳米发电技术的制动能量利用技术。

背景技术

摩擦纳米发电机已成为一项公认的新型、高效的能量转化新技术，其基本原理是基于摩擦起电和静电感应的耦合效应，利用摩擦在材料表面产生电荷，并使两者分离，从而产生极高的电势，驱动外电路的电子发生定向移动，可以实现自然环境中机械能量的有效收集并转化为电能，且已在能量转化效率、输出功率、耐久性等技术领域得到了巨大的提升。为低功耗电子器件电力供应提供了一个全新的解决方案，也为新能源材料、微纳能源转化技术提供了新思路。

当前，摩擦纳米发电机在诸多领域中实现了产业化或可行性应用推广，如空气净化、智能穿戴、AI等。摩擦纳米发电机常采用有机聚合物作为摩擦电材料，其具有优良的摩擦电性能及可靠的化学稳定性，不易与强酸、强碱和强氧化剂发生反应，对于一般溶剂也很稳定。然而，基于有机材料的摩擦纳米发电机的耐磨损和抗高温性能较差，在车辆和轨道交通中制动能量回收与转化、自驱动传感领域方面的应用仍存在一些缺陷：(1)随着摩擦纳米发电机在车辆、轨道交通、工业制动等领域探索的不断深入，已有摩擦纳米发电机的结构和组装技术很难满足该领域中温差、耐久、低成本、防水、易于产业化等要求，因此摩擦纳米发电机的结构需根据实际应用需要进一步优化和改进；(2)现有商用有机摩擦电材料的性能已无法满足该领域需具备耐磨损和抗高温性能的需求，由此需要开发与之相匹配的高性能摩擦电材料；(3)摩擦纳米发电机组装工艺及高性能、耐磨、耐高温的摩擦电材料的制备技术需利于产业化推广。

综上所述，现有摩擦纳米发电机结构及其摩擦电材料已不能满足在车辆、轨道交通、工业制动应用领的要求。当前，国内外尚无于基于摩擦纳米发电原理的制动能量收集转化技术的研究，尤其针对其应用于车辆及轨道交通上制动能量回收、电能转化及其自驱动传感的新技术的研究尚无报道，特别是涉及该制动能量收集转化技术及其摩擦电材料的制备工艺、可应用在自动驾驶、智能驾驶以及车辆中的自驱动传感和安全预警等领域的经验和方法更无可借鉴的成熟技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高耐磨性能的复合摩擦电材料，以及其在基于摩擦发电机基础上的制动能量收集转化技术，是指一种应用于车辆及轨道交通上制动能量回收、电能转化及其自驱动传感的新技术，可以在自动驾驶、智能驾驶以及车辆中的自驱动传感和安全预警等领域的应用技术。

本发明提供一种复合摩擦电材料，包括：改性热固化树脂、微纳增强纤维、摩擦性能调节剂、复合填料、摩擦电性能改性剂和其它余量材料。

优选的，各组分的质量分数配比为：改性热固化树脂6％～12％、微纳增强纤维20％～30％、摩擦性能调节剂30％～40％、复合填料15％～25％、摩擦电性能改性剂5％～15％和其它余量材料<0.5％。

优选的，所述改性热固化树脂，包括纳米铜改性酚醛树脂、纳米铝改性酚醛树脂、三聚氰胺改性酚醛树脂以及其它纳米金属颗粒改性酚醛树脂、有机硅改性酚醛树脂、有机改性硼酸、改性酚醛树脂、氰酯改性酚醛树脂、环氧改性酚醛树脂、热塑性聚酰亚胺树脂或有机改性悬浮法树脂；

和/或，所述微纳增强纤维：包括玻璃纤维、微纳金属颗粒改性的玻璃纤维、陶瓷纤维和芳纶纤维，以及碳纤维、钢纤维、铜纤维、铝纤维、矿物纤维、纤维素纤维、钛酸钾晶须或海泡石纤维；