[发明专利]一种可拉伸能量收集装置及电子器件

说明书

本发明提供了一种可拉伸能量收集装置及电子器件，属于摩擦纳米发电机技术领域。该可拉伸能量收集装置包括：多个依次布置于同一预设平面的柔性单元，均由可拉伸材料制成，相邻的两个所述柔性单元形成接触分离式摩擦纳米发电机；和两个拉伸层，均与所述预设平面平行，且分别覆盖且连接于所有所述柔性单元的顶面和底面处，所述拉伸层被拉伸和收缩时带动相邻的两个所述柔性单元接触和分离，以产生电能，每一所述拉伸层均由可拉伸材料制成。本发明还提供了包括该可拉伸能量收集装置的电子器件本。发明的可拉伸能量收集装置及电子器件能够有效提高能量的利用率和发电效率。

技术领域

本发明涉及摩擦纳米发电机技术领域，特别是涉及一种可拉伸能量收集装置及电子器件。

背景技术

近年来，可穿戴/可植入电子器件被广泛应用于监测、治疗体外和体内的慢性疾病。目前为止，大部分可穿戴/可植入电子设备几乎都由微型电池供电，这种电池质地坚硬，并且续航时间很短。尤其对于植入式的电子设备，需要进行额外的手术来更换电量耗尽的电池。设计一种柔性可拉伸的电源器件，并且实现自身电能的产生是保证可穿戴/可植入电子设备持续运行的关键。

摩擦纳米发电机作为一项强大的能量收集技术，为人体低频率的运动机械能的收集提供了新的机遇。机械能，尤其是拉伸形式的机械能在我们人体中无处不在，我们皮肤/组织本身拉伸运动产生的机械能就是能量的潜在来源。基于摩擦起电和静电感应的耦合，摩擦纳米发电机显示出了收集低频和非定向运动的优势，因此，摩擦纳米发电机可以被设计成自供电的电源。目前，已经有部分可拉伸的摩擦纳米发电机被设计出来并被植入大鼠和猪的体内作为传感器/电源来监测心率/为电子设备供电。

但是，目前的可拉伸的摩擦纳米发电机效率较低，无法高效地利用人体的机械能并高效地产出电能。

发明内容

本发明第一方面的一个目的是提供一种可拉伸能量收集装置，能够有效提高能量的利用率和发电效率。

本发明的进一步的一个目的是要提高工作效率，并节约成本。

本发明的更进一步的一个目的是要提高与人体皮肤组织的兼容性。

本发明第二方面的一个目的是提供一种包括上述柔性可拉伸能量收集装置的电子器件。

特别地，本发明提供了一种柔性可拉伸能量收集装置，包括：

多个依次布置于同一预设平面的柔性单元，均由可拉伸材料制成，相邻的两个所述柔性单元形成接触分离式摩擦纳米发电机；和

两个拉伸层，均与所述预设平面平行，且分别覆盖且连接于所有所述柔性单元的顶面和底面处，所述拉伸层被拉伸和收缩时带动相邻的两个所述柔性单元接触和分离，以产生电能，每一所述拉伸层均由可拉伸材料制成。

可选地，多个所述柔性单元沿预设方向依次布置，每一所述柔性单元均包括沿所述预设方向依次布置的第一电极层、间隔层、第二电极层和摩擦层，所述间隔层用于隔离所述第一电极层和所述第二电极层，每一所述柔性单元的摩擦层和与其相邻的所述柔性单元的第一电极层在所述拉伸层的带动下接触和分离。

可选地，所述第一电极层和所述第二电极层均由炭黑和硅橡胶的混合物制成，所述摩擦层由SEBS材料制成。

可选地，每一柔性单元均包括一个电极块和一个摩擦块，所述电极块包括间隔块和围绕所述间隔块的周侧设置的环形电极层，所述摩擦块包括块状电极和围绕所述块状电极的周侧设置的环形摩擦层，每一所述电极块和每一所述摩擦块相邻布置且所有所述电极块和所述摩擦块形成同一平面上的二维阵列。

可选地，所述电极块和所述摩擦块均呈立方体状。

可选地，所述拉伸层由硅橡胶制成，每一所述柔性单元的厚度为毫米级别。