[发明专利]基于自供能的柔性可延展力学传感系统及制备方法

权利要求书

1.一种基于自供能的柔性可延展力学传感系统，其特征在于，包括：相连接的基于褶皱电极材料的可拉伸纳米发电机、可拉伸叉指电极超级电容器阵列和基于褶皱形貌石墨烯电极的力学传感器；

所述基于褶皱电极材料的可拉伸纳米发电机包括：作为上摩擦层的平面电极硅树脂薄膜和作为下摩擦层的褶皱电极硅树脂薄膜；所述上摩擦层和下摩擦层通过设置在边沿的弹性连接件构成连接；

所述可拉伸叉指电极超级电容器阵列包括：硅树脂薄膜柔性基底、以及固定在所述硅树脂薄膜柔性基底上的叉指结构的激光诱导石墨烯泡沫超级电容器阵列；

所述基于褶皱形貌石墨烯电极的力学传感器包括：褶皱石墨烯层和所述褶皱石墨烯表面的贵金属电极。

2.根据权利要求1所述的基于自供能的柔性可延展力学传感系统，其特征在于：所述平面电极硅树脂薄膜包括平面硅树脂薄膜层和在平面硅树脂薄膜层上生长的平面电极层；所述褶皱电极硅树脂薄膜通过在预拉伸的硅树脂薄膜上生长电极层后释放预拉伸获得。

3.根据权利要求1所述的基于自供能的柔性可延展力学传感系统，其特征在于：所述叉指结构的激光诱导石墨烯泡沫超级电容器阵列上设置有固态电解质。

4.根据权利要求1所述的基于自供能的柔性可延展力学传感系统，其特征在于：所述可拉伸叉指电极超级电容器阵列通过硅树脂薄膜封装层封装。

5.根据权利要求3所述的基于自供能的柔性可延展力学传感系统，其特征在于：硅树脂材料采用聚二甲基硅氧烷和共聚酯；电极材料为金、银、铝、铂、铜、镍、铁、锌、镁中的一种或多种；所述固态电解质为PVA/KCl、 PVA/KOH、PVA/H₂SO₄、PVA/H₃PO₄、PVA/LiCl、PVA/LiOH中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的基于自供能的柔性可延展力学传感系统，其特征在于：所述基于褶皱电极材料的可拉伸纳米发电机与可拉伸叉指电极超级电容器阵列之间的连接回路上设置有整流器；所述可拉伸叉指电极超级电容器阵列和基于褶皱形貌石墨烯电极的力学传感器的连接回路上设置有电流表和电压表。

7.根据权利要求1所述的基于自供能的柔性可延展力学传感系统的制备方法，其特征在于：所述基于褶皱电极材料的可拉伸纳米发电机的制备方法包括以下步骤：

步骤A1：利用旋涂技术，在培养皿中制备硅树脂薄膜；

步骤A2：利用材料生长技术在所述硅树脂薄膜表面生长一层电极材料，获得平面电极硅树脂薄膜；

步骤A3：借助夹具获得预拉伸的硅树脂薄膜，并利用材料生长技术在预拉伸的硅树脂薄膜表面生长一层电极材料；

步骤A4：逐渐释放预拉伸的表面具有电极材料的硅树脂薄膜，获得褶皱电极硅树脂薄膜；

步骤A5：通过弹性连接件将所述平面电极硅树脂薄膜与褶皱电极硅树脂薄膜连接，其中，平面电极硅树脂薄膜作为上摩擦层，褶皱电极硅树脂薄膜作为下摩擦层，构成基于褶皱电极材料的可拉伸纳米发电机。

8.根据权利要求7所述的基于自供能的柔性可延展力学传感系统的制备方法，其特征在于：所述可拉伸叉指电极超级电容器阵列的制备方法包括以下步骤：

步骤B1：在硅树脂薄膜上黏贴一层聚酰亚胺薄膜，并利用二氧化碳激光器还原聚酰亚胺薄膜从而形成叉指结构的激光诱导石墨烯泡沫超级电容器阵列；

步骤B2：将固态电解质沉积于所述叉指结构的激光诱导石墨烯泡沫超级电容器阵列上；

步骤B3：借助旋涂技术，在所述叉指结构的激光诱导石墨烯泡沫超级电容器阵列表面制备一层硅树脂薄膜封装层，实现超级电容器阵列的封装。