[发明专利]一种适用于收集常规人体运动机械能的摩擦纳米发电机

说明书

本发明基于液态金属良好的顺应性能力以及硅胶良好的柔性提供了一种适用于收集常规人体运动机械能的摩擦纳米发电机。该摩擦纳米发电机能够很好的收集人体各个部位常规运动的机械能，如手臂的摆动，跑步时，手指弯曲，产生的动能。该摩擦纳米发电机还可以用于帮助运动员校正训练姿势从而帮助他们获得更好的成绩。人的手指部位是人的整个身体最灵活的地方，该摩擦纳米发电机能够探测手指弯曲。

技术领域

本发明属于微纳能源及摩擦纳米发电机技术领域，具体涉及一种用于将人体常规运动的机械能转化为电能的摩擦纳米发电机及其制备方法。

背景技术

从某种意义上来说人体类似于一台机器，它时时刻刻都在产生着能量，当你说话时声音引起空气振动产生声能，当你走路时腿部的抬起与落下以及手臂的摆动都能够产生能量。已经有相关文献报导用于收集人体运动机械能的摩擦纳米发电机器件能够成功收集人体运动机械能。人体的各个部位都在产生着能量，这种能量是无规则的，分布式的且频率比较低的，摩擦纳米发电机自问世以来在收集这种低频分布式能源展现出了优越的性能，但是人体的运动是无规则的，例如当我们设计一个器件用于收集人跑步时产生的能量，可是并不是每个人都爱跑步，即使是那些热爱跑步的人一天所用来跑步的时间也是有限的。因此，需要一种适用于收集人体常规运动机械能，如手臂摆动，手指弯曲等人体各个部位各种运动产生能量的摩擦纳米发电机。

因为人体的运动是无规则的，存在各种运动状态，要求适用于收集人体常规运动机械能的摩擦纳米发电机必须具有一定的柔性，以适用于人体的各种运动状态。目前摩擦纳米发电机中的电极是制约摩擦纳米发电机必须具有一定柔性的关键技术瓶颈。CN109412456A公开了一种用于将机械能转化为电能的摩擦纳米发电机及其制备方法，涉及了一种能够收集人体运动机械能的摩擦纳米发电机，且意识到可以使用液态金属作为电极。但是CN109412456A并没有意识到液态金属作为电极的优点，且CN109412456A中公开的是垂直接触分离双电极模式的摩擦纳米发电机，当其选择液态金属作为电极时，在同一密封空间内的两种液体电极必将混合，该摩擦纳米发电机将无法使用。

如何利用良好的顺应性能力的液态金属作为摩擦纳米发电机的电极形成软电子回路，提高收集人体常规运动机械能的摩擦纳米发电机的柔性，以实现对手臂摆动，手指弯曲等人体各个部位常规运动产生能量的收集是目前必须解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中收集人体运动机械能的摩擦纳米发电机整体柔性不强，不能够适用于收集人体常规普遍运动的机械能，如手臂摆动，手指弯曲等，且液体电极在收集人体运动机械能的摩擦纳米发电机中无法匹配使用的缺陷，提供一种应用范围广且柔性强的液体金属作为电极的摩擦纳米发电机及其制备方法。本发明收集人体运动机械能的摩擦纳米发电机用于将人体常规运动时产生的不规则且微小的生物机械能转化为电能，为可穿戴设备持续供电。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

适用于收集常规人体运动机械能的摩擦纳米发电机如图1所示，具体为一种使用液体金属作为电极的单电极接触结构摩擦纳米发电机，包括硅胶盒1，呈液态的液体金属电极2，柔性电极引出线3，硅胶盒1将呈液态的液体金属电极2密封在硅胶盒内，柔性电极引出线3将液体金属电极2的电信号引出，硅胶盒1接触人体皮肤的一侧具有凸起4，增加器件的灵敏度。液体金属为镓基液态合金或铟基液态合金。

适用于收集常规人体运动机械能的摩擦纳米发电机的制备方法，利用模具制备硅胶盒，将液体金属注入硅胶盒中，利用柔性电极引出线电连接液体金属。

作为优选的技术方案：

将硅胶溶液导入带有小孔的聚酰亚胺板材上，将硅胶干燥获得背面具有凸起的第一硅胶薄片。在第一硅胶薄片的边缘设置柔性电极引出线，随后在第一硅胶薄片的正面继续导入硅胶溶液，干燥获得第二硅胶薄片，第一硅胶薄片与第二硅胶薄片中间留有一定的缝隙，将液态金属用注射器注射到缝隙内，随后加热密封注射孔，防止液态金属泄露。