[发明专利]基于植物纤维的柔性压电能量采集器件及其制备方法

说明书

本发明公开了基于植物纤维的柔性压电能量采集器件及其制备方法，包括：纤维基压电功能薄膜、绝缘层、纤维基电极、封装层；其中，纤维基压电功能薄膜上下表面分别贴合有第一绝缘层和第二绝缘层，第一纤维基电极贴合在第一绝缘层上表面，第二纤维基电极贴合在第二绝缘层下表面；封装层对纤维基压电功能薄膜、第一绝缘层、第二绝缘层、第一纤维基电极、第二纤维基电极进行封装；所述第一绝缘层、所述第二绝缘层、所述封装层均采用ECOFLEX系列硅橡胶；所述纤维基压电功能薄膜、所述第一纤维基电极、所述第二纤维基电极均采用植物纤维作为基底；实现的器件具有极好的柔韧性，可完全贴附人体各个部位，并且具备良好的生物相容性和舒适度。

技术领域

本发明涉及柔性压电能量采集领域，具体而言，涉及一种基于植物纤维的柔性压电能量采集器件及其制备方法。

背景技术

当今社会处在电气化革命的福利与信息化革命的浪潮之中，各种电气、电子器件成为社会生产生活的基石。传统能量采集设备的小型化问题、传统电子储能设备的续航时长问题现如今制约着新一代电子器件——可穿戴电子器件的发展。与此同时，传统能量采集设备在能量采集的同时会产生大量的工业废水废气，而传统储能设备在其制备及报废过程中也会造成重金属污染。寻求一种柔性的、小型化的、可持续供电的生物可降解能量采集器件成为可穿戴电子学领域的一个研究热点和难点。

人体每天产生几百瓦特的机械能，如果能有效的将这些机械能采集起来并给可穿戴设备供电，将会极大地提高设备的续航能力。压电能量采集器件使得这一设想成为可能。压电能量采集器件的能量转化原理为压电效应与静电感应。由于压电材料在几何上无对称中心，在形变的情况下会产生极化，形成偶极矩作为内建电场来驱使外电路中的电子流动，从而形成电流。但是现阶段的压电能量采集器件通常采用人造高分子聚合物作为压电薄膜的基底、采用金属作为能量采集器件的电极，导致整个器件不具备生物可降解性，对环境危害较大。如文献[Kunming Shi,Pingkai Jiang.Synergistic Effect of GrapheneNanosheet and BaTiO3Nanoparticles on Performance Enhancement of ElectrospunPVDF Nanofiber Mat for Flexible Piezoelectric Nanogenerators.NanoEnergy.2018,52,153-162]提出了以聚偏氟乙烯为压电薄膜的功能材料及基底，以铝箔为电极的压电能量采集器件，虽然其具有柔软性，但是工艺复杂、材料价格昂贵且不具有生物可降解特性。

因此，研究一种新型工艺简单、低成本的具有生物可降解特性的压电能量采集器件对柔性电子学领域的进步和环境的保护都具有重要意义。

发明内容

本发明提出了一种基于植物纤维的柔性压电能量采集器件及其制备方法，所实现的器件具有极好的柔韧性，可完全贴附人体各个部位，并且具备良好的生物相容性和舒适度。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于植物纤维的柔性压电能量采集器件，包括纤维基压电功能薄膜、纤维基电极、绝缘层和封装层。

优选的，所述绝缘层和封装层采用ECOFLEX系列硅橡胶。

ECOFLEX系列硅橡胶是一种超软铂金硅橡胶，在室温下可自然固化，收缩率小、粘度低、流动性好、优良的耐高温性，其温度可达300℃～500℃。最重要的是，固化后的硅橡胶柔软、坚固，具有耐高压特性且具有生物可降解特性。

优选的，所述纤维基压电功能薄膜和纤维基电极采用植物纤维作为基底。

植物纤维作为世界上储量最大的纤维，具有优良的生物兼容性、生物可降解性、柔软性，并且价格低廉。

优选的，所述纤维基压电功能薄膜采用压电纳米颗粒作为压电功能材料。