[发明专利]摩擦纳米发电海绵、自驱动传感器和智能鞋垫

说明书

本发明提供一种摩擦纳米发电海绵，包括海绵层与柔性导电层，并且在海绵层与柔性导电层的交界面所述柔性导电层对所述海绵层的孔隙产生局部包裹；其中，所述海绵层与柔性导电层层叠设置，或者所述柔性导电层嵌入海绵层的内部。当外力作用使所述摩擦纳米发电海绵发生形变时，或者海绵表面与外部物体接触分离过程中，所述摩擦纳米发电海绵的导电材料层通过负载接地或者其他导体在其间产生电信号。本发明的海绵将广泛使用的海绵材料作为基体，并配以柔性电极材料，高效地利用了海绵材料的成本低廉、佩戴舒适、融合方便以及机械性能优越等特点，不仅可用于进行高效能量收集，还可用于设计性能稳定易于集成的高性能的自驱动传感器。

技术领域

本发明涉及发电领域，具体涉及一种具有外形随意改变后仍可快速恢复的摩擦纳米发电海绵，以及应用其的自驱动传感器和智能鞋垫。

背景技术

能源危机是当今社会发展和科学进步难以绕开的一个棘手难题。随着物联网技术的发展和智慧理念的日趋推广，采用电池为生产生活中各种无线智能节点乃至应用越来越普遍的各类可穿戴设备进行供电并不是一种最理想的技术手段。

摩擦纳米发电机将摩擦起电和静电感应相结合，能够有效地将周围环境中的各种机械能转换为电能。目前，现有技术基于摩擦纳米发电机已经成功开展了为可穿戴设备供电，也可以直接开发为自驱动传感器在多种领域应用。然而，传统的摩擦纳米发电机通常采用硬质材料且具有多层结构，难以提供可全方向的拉伸、压缩和折叠的机械性能。一些现有技术中即使采用柔性材料制备，也无法完全为摩擦纳米发电机提供优异的机械性能和超强的鲁棒性。

发明内容

本发明的目的是提供一种外形随意改变后仍可快速恢复并且超级耐冲击的摩擦纳米发电海绵，具有优异的机械性能和超强的鲁棒性。

为了实现上述目的，本发明提供一种摩擦纳米发电海绵，包括海绵层与柔性导电层，并且在海绵层与柔性导电层的交界面所述柔性导电层对所述海绵层的孔隙产生局部包裹；其中，所述海绵层与柔性导电层层叠设置，或者所述柔性导电层嵌入海绵层的内部。

优选的，当外力作用使所述摩擦纳米发电海绵发生形变时，或者海绵表面与外部物体接触分离过程中，所述摩擦纳米发电海绵的导电材料层通过负载接地或者其他导体在其间产生电信号。

优选的，所述海绵层的材料为多孔弹性材料；优选的，所述海绵层的材料选自人造海绵或天然海绵。

优选的，所述柔性导电层的材料为液态导电材料或者凝固前为液态的导电材料。

优选的，所述柔性导电层的厚度范围为4-0.1mm，优选为不超过2mm。

优选的，所述液态导电材料包括液态金属及其合金；凝固前为液态的导电材料包括炭黑或纳米导电材料与可固化的柔性高分子材料混合均匀得到的柔性导电高分子材料；优选的，所述纳米导电材料为导电碳纤维、碳纳米管、石墨烯或银纳米线。

优选的，所述柔性导电高分子材料中包括可固化柔性高分子材料、炭黑、纳米导电材料，重量的比例为30:2:1。

优选的，所述海绵为片状、块状、球体、圆柱体或锥体结构。

优选的，还包括中空的间隔层、依次设置有柔性导电层和柔性摩擦层的海绵基底层，其中，

所述海绵、间隔层和海绵基底层依次层叠设置，使所述海绵层与柔性摩擦层相对设置，可以在外力作用下互相接触分离，在两个柔性导电层中产生电荷流动；其中，所述柔性摩擦层与所述海绵层的材料不同。

优选的，所述间隔层为海绵材料；所述柔性摩擦层为柔性高分子材料，或者为高分子材料粉末与可固化柔性高分子材料混合获得。

本发明还提供一种自驱动传感器，包括上述任一项所述的摩擦纳米发电海绵。

本发明还提供一种智能鞋垫，包括所述的自驱动传感器。