[实用新型]独立层模式的柔性摩擦纳米发电机、传感器以及可穿戴设备

说明书

本实用新型提供一种独立层模式的柔性摩擦纳米发电机、传感器以及可穿戴设备，包括：聚二甲基硅氧烷基底；氟化乙烯丙烯共聚物层，作为第二摩擦材料，设置在基底内，氟化乙烯丙烯共聚物层包括间隔开的第一部分和第二部分，分别限定相对的第一表面和第二表面，第一表面与静态金属接触，第二表面设置金属铜层作为电极材料；液态金属，作为第一摩擦材料，液态金属被设置成可在氟化乙烯丙烯共聚物层的第一部分和第二部分之间移动；聚二甲基硅氧烷封盖，用于封闭具有液态金属和氟化乙烯丙烯共聚物层的聚二甲基硅氧烷基底，形成密闭封装。本实用新型一方面可用作电能输出，为可穿戴设备供电，另一方面还可以利用机械能与电能的转换进行速度检测。

技术领域

本实用新型涉及纳米发电机技术领域，尤其是基于柔性摩擦纳米发动机的传感器，例如速度传感器，具体涉及一种独立层模式的柔性摩擦纳米发电机、传感器以及可穿戴设备。

背景技术

随着多功能可穿戴电子设备的快速发展，大量新型具有多功能的微电子器件不断被开发出来，应用于电子皮肤、无线耳机和智能手表等。这些电子设备具有柔性、轻便的特性，并可以模仿人体表面的特征，应用于人体健康检测和活动轨迹等相关的传感网络。

但是，目前商业化的便携式可穿戴设备使用的电池和超级电容器都相对比较重，需要频繁的充电供能，并且面临严重的使用寿命限制和环境污染。为了克服这些存在的问题，现有技术中开发了一系列基于热电效应、压电效应和摩擦起电的先进能源收集技术，以此实现可持续的便携式能源。与热能、化学能、生物能和太阳能相比，机械能的收集简易，可以随时随地的收集，并且可适用性范围广泛，不受环境和天气等因素影响。

在现有的可穿戴设备应用中，已制备出的柔性摩擦纳米发电机，基于接触起电和静电感应的耦合作用，可以将各种形式的机械能转换成电能，但是摩擦层和电极层之间的摩擦损耗较大，表面电荷密度太小，导致转移电荷量的能力收到限制。

实用新型内容

为了克服现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种独立层模式的柔性摩擦纳米发电机及其制备方法，一方面，能够将施加在摩擦纳米发电机上的机械能转化为电能，提供电能输出，另一方面还可以基于机械能与电能的转换，输出对应的电信号，用于测量速度，尤其是基于手腕的运动来测量速度。

根据本实用新型第一方面的目的提出一种独立层模式的柔性摩擦纳米发电机，包括：

聚二甲基硅氧烷基底，所述聚二甲基硅氧烷基底的内部形成有一沿着其纵长方向的腔体；

氟化乙烯丙烯共聚物层，其作为第二摩擦材料，设置在聚二甲基硅氧烷基底的腔体内，并且所述氟化乙烯丙烯共聚物层包括间隔开的第一部分和第二部分，第一部分和第二部分分别限定相对的第一表面以及第二表面，第一表面被设置成与静态金属接触，第二表面设置金属铜层作为电极材料，并与腔体接触固定；

液态金属，其作为第一摩擦材料，所述液态金属被设置成可在氟化乙烯丙烯共聚物层的第一部分和第二部分之间移动；

聚二甲基硅氧烷封盖，具有与聚二甲基硅氧烷基底相同的结构，用于封闭具有液态金属和氟化乙烯丙烯共聚物层的聚二甲基硅氧烷基底，形成密闭封装。

优选地，氟化乙烯丙烯共聚物层的第一表面形成超疏水表面结构。

优选地，所述金属铜层镀制在氟化乙烯丙烯共聚物层的第二表面。

优选地，所述氟化乙烯丙烯共聚物层的第一部分和第二部分具有相同的层厚度和长度，并且分别抵靠到腔体相对两端的侧壁上。

优选地，所述金属铜层的边缘与所述氟化乙烯丙烯共聚物层的第一部分和第二部分平齐。

优选地，所述液态金属被设置成在氟化乙烯丙烯共聚物层的第一部分和第二部分之间移动导致摩擦面积发生，并通过所述金属铜层输出电信号。

优选地，所述聚二甲基硅氧烷封盖与聚二甲基硅氧烷基底封装形成环状。