發電衣的製作方法
2023-08-02 19:27:51 2
發電衣的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種發電衣，用以解決現有技術中的發電衣由於存在很大的局限性而不適合大規模推廣的問題。該發電衣包括服裝本體，在所述服裝本體的內部和/或所述服裝本體的表面上設置有至少一個摩擦發電機以及與所述至少一個摩擦發電機的輸出端相連的儲能裝置，其中，所述摩擦發電機包括：依次層疊設置的第一電極，第一高分子聚合物絕緣層，以及第二電極；其中，所述第一電極設置在所述第一高分子聚合物絕緣層的第一側表面上；且所述第一高分子聚合物絕緣層的第二側表面朝向所述第二電極設置，所述第一電極和第二電極作為所述摩擦發電機的輸出端。本發電衣不受溫差影響，且製備成本比較低，製備過程也比較簡單，非常適合大規模推廣。
【專利說明】發電衣
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種服裝，特別涉及一種發電衣。
【背景技術】
[0002]目前，電子設備的數量正處於迅速而持續的增長時期，例如，全世界有35億手機用戶，20億隨身聽擁有者。這些數量眾多的電子設備雖然為人們的生活帶來了諸多便利，但是，這些電子設備都無一例外的需要使用者有規律地為其充電，否則就會在電量耗盡後無法使用。為了使這類電子設備能夠在沒有傳統電源的情況下持續使用，許多研究人員已經開始著手研究從人體和/或外界環境中收集能量，從而為電子設備持續供電。
[0003]例如，一些研究人員發明了用於收集能量的發電衣。常見的發電衣主要是利用人體體熱與自然環境的溫差來發電的，並且能夠對電能進行儲存和輸出，以滿足可攜式電子設備的需求。但是，這種溫差發電的發電衣在人體溫度和自然環境溫度一致時就不能正常工作，不能得到持續的電能輸出，因此，使用局限性很大。
[0004]雖然，近幾年提出的納米氧化鋅纖維發電技術為發電衣的製備提供了新的途徑，這種發電技術主要是利用溶液化學方法，將氧化鋅納米線沿徑向均勻生長在纖維表面，然後利用壓電效應產生電能。但是，這種發電衣的製備成本非常高，且製備過程也比較複雜，不適合大規模推廣。
[0005]由此可見，現有的發電衣都存在著很大的局限性，不適合大規模推廣。
實用新型內容
[0006]本實用新型提供了一種發電衣，用以解決現有技術中的發電衣由於存在很大的局限性而不適合大規模推廣的問題。
[0007]—種發電衣，包括服裝本體，在所述服裝本體的內部和/或所述服裝本體的表面上設置有至少一個摩擦發電機以及與所述至少一個摩擦發電機的輸出端相連的儲能裝置，其中，所述摩擦發電機包括:依次層疊設置的第一電極，第一高分子聚合物絕緣層，以及第二電極；其中，所述第一電極設置在所述第一高分子聚合物絕緣層的第一側表面上；且所述第一高分子聚合物絕緣層的第二側表面朝向所述第二電極設置，所述第一電極和第二電極作為所述摩擦發電機的輸出端。
[0008]本實用新型實施例中，在發電衣的內部和/或表面設置摩擦發電機，並通過摩擦發電機進行發電。該摩擦發電機主要靠摩擦界面(例如第一高分子聚合物絕緣層和第二電極)之間的摩擦，導致第一電極和第二電極之間產生電勢差，進而實現發電。這種發電方式不受溫差影響，且製備成本比較低，製備過程也比較簡單，所以，本實用新型實施例提供的發電衣非常適合大規模推廣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1示出了本實用新型實施例提供的發電衣的結構示意圖；[0010]圖2a示出了摩擦發電機以及儲能裝置位於服裝面料和服裝裡料之間的示意圖；
[0011]圖2b示出了摩擦發電機以及儲能裝置位於服裝面料和服裝裡料之間的內部夾層內部的示意圖；
[0012]圖3示出了本實用新型實施例提供的發電衣中的儲能裝置的結構示意圖；
[0013]圖4a和圖4b分別示出了摩擦發電機的第一種結構的立體結構示意圖和剖面結構示意圖；
[0014]圖5a和圖5b分別示出了摩擦發電機的第二種結構的立體結構示意圖和剖面結構示意圖；
[0015]圖6a和圖6b分別示出了摩擦發電機的第三種結構的立體結構示意圖和剖面結構示意圖；
[0016]圖7a和圖7b分別示出了摩擦發電機的第四種結構的立體結構示意圖和剖面結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]為充分了解本實用新型之目的、特徵及功效，藉由下述具體的實施方式，對本實用新型做詳細說明，但本實用新型並不僅僅限於此。
[0018]本實用新型提供了一種發電衣，用以解決現有技術中的發電衣由於存在很大的局限性而不適合大規模推廣的問題。
[0019]圖1示出了本實用新型實施例提供的發電衣的結構示意圖。如圖1所示，該發電衣包括服裝本體I，在服裝本體I的內部和/或服裝本體I的表面上設置有至少一個摩擦發電機2以及與至少一個摩擦發電機2的輸出端相連的儲能裝置3。其中，每個摩擦發電機2包括:依次層疊設置的第一電極，第一高分子聚合物絕緣層，以及第二電極；其中，所述第一電極設置在所述第一高分子聚合物絕緣層的第一側表面上；且所述第一高分子聚合物絕緣層的第二側表面朝向所述第二電極設置，所述第一電極和第二電極作為所述摩擦發電機的輸出端。
[0020]本實用新型實施例中，在發電衣的內部和/或表面設置摩擦發電機，並通過摩擦發電機進行發電。該摩擦發電機主要靠摩擦界面(例如第一高分子聚合物絕緣層和第二電極)之間的摩擦，導致第一電極和第二電極之間產生電勢差，進而實現發電。這種發電方式不受溫差影響，且製備成本比較低，製備過程也比較簡單，所以，本實用新型實施例提供的發電衣非常適合大規模推廣。
[0021 ] 在本實用新型實施例中，摩擦發電機是實現發電功能的核心部件，將在後面給予詳細的介紹。接下來，先介紹一下至少一個摩擦發電機2以及與至少一個摩擦發電機2的輸出端相連的儲能裝置3的具體設置方式:
[0022]具體設置時，可以將一個或多個摩擦發電機2以及儲能裝置3都設置在服裝本體I的內部，或者，也可以將一個或多個摩擦發電機2以及儲能裝置3都設置在服裝本體I的表面上。另外，還可以將一個或多個摩擦發電機2設置在服裝本體I的內部，將儲能裝置3設置在服裝本體I的表面上；或者，也可以將一個或多個摩擦發電機2設置在服裝本體I的表面上，將儲能裝置3設置在服裝本體I的內部。其中，將摩擦發電機設置在服裝本體的內部時可以避免外力對摩擦發電機所造成的損害，從而起到一定的防護作用；將摩擦發電機設置在服裝本體的表面時可以更充分地與外力相接觸，從而提高摩擦效果。同理，將儲能裝置設置在服裝本體的內部時也可以避免外力對儲能裝置所造成的損害，從而起到一定的防護作用；將儲能裝置設置在服裝本體的表面時可以更方便用戶的使用。因此，本實用新型對摩擦發電機和儲能裝置的具體設置方式不做限定，本領域技術人員可根據實際需求選擇合適的設置方式，例如，也可以將一部分摩擦發電機設置在服裝本體內部，將另一部分摩擦發電機設置在服裝本體表面。
[0023]其中，將摩擦發電機和/或儲能裝置設置在服裝本體的表面上時可以包括兩種情況，第一種情況是:將摩擦發電機和/或儲能裝置設置在服裝本體的外表面上，即用戶穿上發電衣後能夠被外人看到的服裝外表面上；第二種情況是:將摩擦發電機和/或儲能裝置設置在服裝本體的內表面上，即用戶穿上發電衣後不會被外人看到並且與人體直接接觸或者通過其他服裝與人體間接接觸的服裝內表面上。具體設置時可根據需要靈活選取上述兩種方式中的一種或兩種。
[0024]具體地，將摩擦發電機和/或儲能裝置設置在服裝本體的內部時主要包括以下兩種情況:在第一種情況中，服裝本體包括:位於外部的服裝面料以及位於內部的服裝裡料，也就是說，服裝本體是由兩層材料構成的，則所述服裝本體的內部是指:所述服裝面料與所述服裝裡料之間的空隙，此時，只需將摩擦發電機和/或儲能裝置設置在服裝面料與服裝裡料之間的空隙內即可。圖2a示出了摩擦發電機2以及儲能裝置3位於服裝面料11和服裝裡料12之間的示意圖。在第二種情況中，服裝本體包括:位於外部的服裝面料、位於內部的服裝裡料以及位於所述服裝面料與所述服裝裡料之間的內部夾層，也就是說，服裝本體是由三層材料構成的，則所述服裝本體的內部是指:所述內部夾層的表面或內部，此時，只需將摩擦發電機和/或儲能裝置設置在內部夾層的表面或內部即可，其中，將摩擦發電機和/或儲能裝置設置在內部夾層的內部主要是在內部夾層較厚(例如通過海綿實現)時採取的方式。圖2b示出了摩擦發電機2以及儲能裝置3位於服裝面料11和服裝裡料12之間的內部夾層10內部的示意圖。
[0025]進一步地，將摩擦發電機以及儲能裝置設置在服裝本體的內部和/或所述服裝本體的表面上時，可以靈活地選擇具體位置進行設置，例如，可以設置在腋下、胳膊內側等容易被摩擦或彎曲的位置，也可以設置在胸前、下擺等其他位置，總之，本實用新型對摩擦發電機以及儲能裝置的具體位置不做限定。
[0026]另外，將摩擦發電機和/或儲能裝置設置在服裝本體的內部和/或服裝本體的表面時可以採用多種方式進行設置。例如，通常可以採用固定設置和活動設置兩種方式。在固定設置方式中，摩擦發電機和/或儲能裝置以不可拆卸的方式固定設置在服裝本體的內部和/或服裝本體的表面，例如，可以直接縫合或粘貼到服裝本體的內部或表面。在活動設置方式中，摩擦發電機和/或儲能裝置以可拆卸的方式活動設置在服裝本體的內部和/或服裝本體的表面，例如，可以通過扣子或粘鉤等方式固定在服裝本體的內部或表面。其中，採取可拆卸的活動設置方式時，摩擦發電機和儲能裝置能夠方便地拆卸下來，從而便於對服裝本體進行清洗，這種方式可以應用於需多次洗滌的衣物；採取不可拆卸的固定設置方式時，摩擦發電機和儲能裝置與服裝本體之間往往能夠固定地更加緊密，防止摩擦發電機和儲能裝置的脫落和移位，這種方式可以應用於不常洗滌的衣物。
[0027]介紹完摩擦發電機和儲能裝置的具體設置方式之後，介紹一下儲能裝置的具體結構:
[0028]圖3示出了儲能裝置的結構示意圖。如圖3所示，儲能裝置3進一步包括:依次相連的整流電路31、濾波電路32、變壓電路33以及儲能元件34。具體地，整流電路31與摩擦發電機2的輸出端相連，用於將摩擦發電機2輸出的交流脈衝電進行整流，得到單向脈動的直流電；濾波電路32與整流電路31的輸出端相連，用於將整流電路31輸出的單向脈動的直流電進行濾波，得到濾除雜波幹擾後的直流電；變壓電路33與濾波電路32的輸出端相連，用於將濾波電路32輸出的濾除雜波幹擾後的直流電進行變壓處理；儲能元件34與變壓電路33相連，用於將變壓電路33輸出的電信號進行儲存。其中，儲能元件可以靈活選用鋰電池、鎳氫電池、鉛酸電池、超級電容等元件實現。
[0029]另外，為了將儲能裝置中存儲的電能提供給外部電器(例如，手機、MP3、MP4、溫度傳感器、壓力傳感器、呼吸、心跳傳感器等)，該儲能裝置還可以包括:與儲能元件相連的、適於為外部電器供電的供電接口。其中，所述供電接口的數量為一個或多個。當供電接口的數量為多個時，每個供電接口提供的電壓大小或接口類型不同，以便能夠滿足各類外部電器的不同需求。例如，可能有的供電接口能夠為外部電器提供3V的電壓，有的能夠提供1.5V的電壓，從而滿足不同額定電壓的外部電器，或者，也可以在儲能裝置上設置一個類似變壓器的電壓選擇滑塊，滑塊的不同位置對應於不同的輸出電壓。或者，還可能有的供電接口為常規的USB接口，有的供電接口為miniUSB接口等，以便滿足不同接口的外部電器的需求。優選地，當儲能裝置通過供電接口為外部電器供電時，將儲能裝置以可拆卸的方式設置在發電衣的服裝本體上，從而可以靈活地將儲能裝置取下來進行供電。
[0030]除了通過供電接口為外部的電器供電之外，在本實用新型實施例中，還可以直接在服裝本體上設置一個或多個用電設備，該一個或多個用電設備同樣可以設置在服裝本體的內部和/或服裝本體的表面上，用電設備的具體設置位置和設置方式可參照摩擦發電機和儲能裝置的設置位置和設置方式，此處不再贅述。
[0031]例如，上述的一個或多個用電設備可以包括:與所述儲能裝置相連的一個或多個感測裝置以及報警裝置，其中，所述報警裝置進一步與所述一個或多個感測裝置的輸出端相連。具體地，感測裝置可以包括:壓力傳感器、呼吸傳感器、心跳傳感器、溫度傳感器、溼度傳感器中的一種或多種。報警裝置可以包括:聲音報警器和/或燈光報警器。其中，感測裝置用於感應和測量一個或多個預定指標值，並且當測量值低於或高於預定值時，發送報警信號使報警裝置報警。其中，感測裝置感應和測量的預定指標可以是壓力、心跳、呼吸、溫度、溼度等。通過在發電衣上進一步設置一個或多個感測裝置，能夠感測人體的相關信號(如壓力信號、心跳信號、呼吸信號、溫度信號、溼度信號等)，從而在出現異常狀況時報警。由此可見，安裝有感測裝置的發電衣還可以為人們提供必要的監護，有效發現危險情況的發生，提高生命安全。而且，由於感測裝置能夠直接通過摩擦發電機產生的電能進行工作，因此既免去了頻繁充電的繁瑣，也避免了斷電的不便。
[0032]另外，上述的報警裝置並不是必須的，在本發明的其他可選實施例中，也可以僅設置一個或多個感測裝置，而不設置報警裝置。這樣，在不需要報警的情況下，可以單獨感測人體的相關信號(如壓力信號、心跳信號、呼吸信號、溫度信號、溼度信號等)並使用戶獲取到感測結果。
[0033]在上述實施例中，摩擦發電機是核心部件，正是由於摩擦發電機的自發電功能，才使發電衣得以實現自供電。因此，下面將通過四個實施例分別介紹一下上述的發電衣中的摩擦發電機的可能結構:
[0034]實施例一、
[0035]摩擦發電機的第一種結構如圖4a和圖4b所示。圖4a和圖4b分別示出了摩擦發電機的第一種結構的立體結構示意圖和剖面結構示意圖。該摩擦發電機包括:依次層疊設置的第一電極111，第一高分子聚合物絕緣層112，以及第二電極113。具體地，所述第一電極111設置在第一高分子聚合物絕緣層112的第一側表面上；且所述第一高分子聚合物絕緣層112的第二側表面與第二電極113相對設置。在上述結構中，第一高分子聚合物絕緣層112的第一側表面與第一電極之間相對固定，第一高分子聚合物絕緣層112的第二側表面與第二電極之間在受到按壓或發生彎曲時接觸摩擦並在第二電極和第一電極處感應出電荷。因此，在本實施例中，第一高分子聚合物絕緣層和第二電極相對設置的兩個面作為摩擦發電機的摩擦界面，上述的第一電極和第二電極分別作為摩擦發電機的兩個輸出端。
[0036]為了提高摩擦發電機的發電能力，第一高分子聚合物絕緣層112和第二電極113相對設置的兩個面中的至少一個面上可以進一步設置微納結構120。也就是說，微納結構120既可以設置在第一高分子聚合物絕緣層朝向第二電極的面上，也可以設置在第二電極朝向第一高分聚合物絕緣層的面上，或者，同時設置在第一高分子聚合物絕緣層朝向第二電極的面上以及第二電極朝向第一高分聚合物絕緣層的面上。因此，當摩擦發電機受到擠壓時，所述第一高分子聚合物絕緣層112與第二電極113的相對表面能夠更好地接觸摩擦，並在第一電極111和第二電極113處感應出較多的電荷。由於上述的第二電極主要用於與第一高分子聚合物絕緣層摩擦，因此，第二電極也可以稱之為摩擦電極。
[0037]上述的微納結構120具體可以採取如下兩種可能的實現方式:第一種方式為，該微納結構是微米級或納米級的非常小的凹凸結構。該凹凸結構能夠增加摩擦阻力，提高發電效率。所述凹凸結構能夠在薄膜製備時直接形成，也能夠用打磨的方法使第一高分子聚合物絕緣層的表面形成不規則的凹凸結構。具體地，該凹凸結構可以是半圓形、條紋狀、立方體型、四稜錐型、或圓柱形等形狀的凹凸結構。第二種方式為，該微納結構是納米級孔狀結構，此時第一高分子聚合物絕緣層所用材料優選為聚偏氟乙烯(PVDF)，其厚度為0.5-1.2mm (優選1.0mm)，且其相對第二電極的面上設有多個納米孔。其中，每個納米孔的尺寸，即寬度和深度，可以根據應用的需要進行選擇，優選的納米孔的尺寸為:寬度為IO-1OOnm以及深度為4_50 μ m。納米孔的數量可以根據需要的輸出電流值和電壓值進行調整，優選的這些納米孔是孔間距為2-30 μ m的均勻分布，更優選的平均孔間距為9 μ m的均勻分布。
[0038]下面具體介紹一下上述的摩擦發電機的工作原理。當該摩擦發電機受到按壓或發生彎曲時，該摩擦發電機的各層受到擠壓，導致摩擦發電機中的第二電極與第一高分子聚合物絕緣層表面相互摩擦產生靜電荷，靜電荷的產生會使第一電極和第二電極之間的電容發生改變，從而導致第一電極和第二電極之間出現電勢差。由於第一電極和第二電極作為摩擦發電機的輸出端與儲能裝置連接，儲能裝置構成摩擦發電機的外電路，摩擦發電機的兩個輸出端之間相當於被外電路連通。當該摩擦發電機的各層恢復到原來狀態時，這時形成在第一電極和第二電極之間的內電勢消失，此時已平衡的第一電極和第二電極之間將再次產生反向的電勢差。通過反覆摩擦和恢復，就可以在外電路中形成周期性的交流脈衝電信號。
[0039]根據發明人的研究發現，金屬與高分子聚合物摩擦，金屬更易失去電子，因此採用金屬電極與高分子聚合物摩擦能夠提高能量輸出。相應地，在圖4a和圖4b所示的摩擦發電機中，第二電極由於需要作為摩擦電極(即金屬)與第一高分子聚合物絕緣層進行摩擦，因此其材料可以選自金屬或合金，其中金屬可以是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、錳、鑰、鶴或鑰;；合金可以是招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金。第一電極由於不需要進行摩擦，因此，除了可以選用上述羅列的第二電極的材料之外，其他能夠製作電極的材料也可以應用，也就是說，第一電極除了可以選自金屬或合金，其中金屬可以是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、錳、鑰、鎢或釩；合金可以是鋁合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鎢合金、鑰合金、鈮合金或鉭合金之外，還可以選自銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線膜等非金屬材料。
[0040]由此可見，圖4a和圖4b所示的摩擦發電機主要通過金屬(第二電極)與聚合物(第一高分子聚合物絕緣層)之間的摩擦來產生電信號，主要利用了金屬容易失去電子的特性，使第二電極與第一高分子聚合物絕緣層之間形成感應電場，從而產生電壓和/或電流。
[0041]實施例二、
[0042]摩擦發電機的第二種結構如圖5a和圖5b所示。圖5a和圖5b分別示出了摩擦發電機的第二種結構的立體結構示意圖和剖面結構示意圖。該摩擦發電機包括:依次層疊設置的第一電極211，第一高分子聚合物絕緣層212，第二高分子聚合物絕緣層214以及第二電極213。具體地，第一電極211設置在第一高分子聚合物絕緣層212的第一側表面上；所述第二電極213設置在第二高分子聚合物絕緣層214的第一側表面上；其中，所述第一高分子聚合物絕緣層212的第二側表面與第二高分子聚合物絕緣層214的第二側表面在受到按壓或發生彎曲時接觸摩擦並在第一電極和第二電極處感應出電荷。因此，在本實施例中，第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合物絕緣層相對設置的兩個面作為摩擦發電機的摩擦界面。其中，第一電極和第二電極分別作為摩擦發電機的兩個輸出端。
[0043]為了提高摩擦發電機的發電能力，所述第一高分子聚合物絕緣層212和第二高分子聚合物絕緣層214相對設置的兩個面中的至少一個面上設有微納結構220。因此，當摩擦發電機受到擠壓時，所述第一高分子聚合物絕緣層212與第二高分子聚合物絕緣層214的相對表面能夠更好地接觸摩擦，並在第一電極211和第二電極213處感應出較多的電荷。上述的微納結構可參照上文的描述，此處不再贅述。
[0044]圖5a和圖5b所示的摩擦發電機的工作原理與圖4a和圖4b所示的摩擦發電機的工作原理類似。區別僅在於，當圖5a和圖5b所示的摩擦發電機的各層受到擠壓時，是由第一高分子聚合物絕緣層與第二高分子聚合物絕緣層的表面相互摩擦來產生靜電荷的。因此，關於圖5a和圖5b所示的摩擦發電機的工作原理此處不再贅述。
[0045]圖5a和圖5b所示的摩擦發電機主要通過聚合物(第一高分子聚合物絕緣層)與聚合物(第二高分子聚合物絕緣層)之間的摩擦來產生電信號。
[0046]在圖5a和圖5b所示的結構中第一電極和第二電極所用材料可以是銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線膜、金屬或合金，其中金屬可以是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、猛、鑰、鶴或鑰;；合金可以是招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金。可以看出，由於在圖5a和圖5b所示的結構中，第二電極不需要作為摩擦電極，因此，第二電極也可以選取非金屬材料實現。
[0047]在上述兩種結構中，上述的第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合物絕緣層可以分別選自聚二甲基矽氧烷、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚醯亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚醯胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維(再生)海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚異丁烯薄膜、聚氨酯柔性海綿薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸鹽薄膜中的一種。其中，在第二種結構中，原則上第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合物絕緣層的材質可以相同，也可以不同。但是，如果兩層高分子聚合物絕緣層的材質都相同，會導致摩擦起電的電荷量很小。因此優選地，第一高分子聚合物絕緣層與第二高分子聚合物絕緣層的材質不同。
[0048]實施例三、
[0049]除了上述兩種結構外，摩擦發電機還可以採用第三種結構實現，如圖6a和圖6b所示。圖6a和圖6b分別示出了摩擦發電機的第三種結構的立體結構示意圖和剖面結構示意圖。從圖中可以看出，第三種結構在第二種結構的基礎上增加了一個居間薄膜層，即:第三種結構的摩擦發電機包括依次層疊設置的第一電極311、第一高分子聚合物絕緣層312、居間薄膜層310、第二高分子聚合物絕緣層314以及第二電極313。具體地，所述第一電極設置在第一高分子聚合物絕緣層的第一側表面上；所述第二電極設置在第二高分子聚合物絕緣層的第一側表面上，且居間薄膜層設置在第一高分子聚合物絕緣層的第二側表面和第二高分子聚合物絕緣層的第二側表面之間。可選地，為了提高摩擦效果，所述居間薄膜層和第一高分子聚合物絕緣層相對設置的兩個面中的至少一個面上設有微納結構320，和/或所述居間薄膜層和第二高分子聚合物絕緣層相對設置的兩個面中的至少一個面上設有微納結構320，關於微納結構的具體設置方式可參照上文描述，此處不再贅述。
[0050]在本實施例中，居間薄膜層為居間聚合物，其可以直接設置在第一高分子聚合物絕緣層與第二高分子聚合物絕緣層之間，且與第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合物絕緣層之間都不固定，這時，居間薄膜層與第一高分子聚合物絕緣層之間形成一個摩擦界面，居間薄膜層與第二高分子聚合物絕緣層之間形成另一個摩擦界面。
[0051]或者，居間薄膜層也可以與第一高分子聚合物絕緣層或第二高分子聚合物絕緣層中的一個相對固定，而與另一個接觸摩擦。例如，居間薄膜層的第一側表面固定在第二高分子聚合物絕緣層的第二側表面上，且居間薄膜層的第二側表面與第一高分子聚合物絕緣層的第二側表面接觸。此時，由於居間薄膜層與第二高分子聚合物絕緣層相對固定，因此，當該摩擦發電機受到擠壓時，所述第一高分子聚合物絕緣層的第二側表面與居間薄膜層的第二側表面接觸摩擦並在第一電極和第二電極處感應出電荷。[0052]在圖6a和圖6b所示的摩擦發電機中，居間薄膜層310的第一側表面(即未設有微納結構的一側)是固定在第二高分子聚合物絕緣層314的第二側表面上的，固定的方法可以是用一層薄的未固化的高分子聚合物絕緣層作為粘結層，經過固化後，居間薄膜層310將牢牢地固定於第二高分子聚合物絕緣層314上。居間薄膜層310設有微納結構的一側與第一高分子聚合物絕緣層312的第二側表面接觸。
[0053]圖6a和圖6b所示的摩擦發電機的材質可以參照第二種結構的摩擦發電機的材質進行選擇。其中，居間薄膜層也可以選自透明高聚物聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚二甲基矽氧烷(PDMS)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)和液晶高分子聚合物(LCP)以及聚二甲基矽氧烷、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、中的任意一種。其中，所述第一高分子聚合物絕緣層與第二高分子聚合物絕緣層的材料優選透明高聚物聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET);其中，所述居間薄膜層的材料優選聚二甲基矽氧烷(PDMS)。上述的第一高分子聚合物絕緣層、第二高分子聚合物絕緣層、居間薄膜層的材質可以相同，也可以不同。但是，如果三層高分子聚合物絕緣層的材質都相同，會導致摩擦起電的電荷量很小，因此，為了提高摩擦效果，居間薄膜層的材質不同於第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合物絕緣層，而第一高分子聚合物絕緣層與第二高分子聚合物絕緣層的材質則優選相同，這樣，能減少材料種類，使本實用新型的製作更加方便。
[0054]在圖6a和圖6b所示的實現方式中，由於居間薄膜層310是一層聚合物膜，因此實質上與圖5a和圖5b所示的實現方式類似，仍然是通過聚合物(居間薄膜層)和聚合物(第一高分子聚合物絕緣層)之間的摩擦來發電的。其中，居間薄膜容易製備且性能穩定。
[0055]實施例四、
[0056]另外，摩擦發電機還可以採用第四種結構來實現，如圖7a和圖7b所示，包括:依次層疊設置的第一電極411，第一高分子聚合物絕緣層412，居間電極層410，第二高分子聚合物絕緣層414和第二電極413 ;其中，第一電極411設置在第一高分子聚合物絕緣層412的第一側表面上；第二電極413設置在第二高分子聚合物絕緣層414的第一側表面上，所述居間電極層410設置在第一高分子聚合物絕緣層412的第二側表面與第二高分子聚合物絕緣層414的第二側表面之間。可選地，為了提高摩擦效果，第一高分子聚合物絕緣層412相對居間電極層410的面和居間電極層410相對第一高分子聚合物絕緣層412的面中的至少一個面上設置有微納結構(圖未示)；和/或，第二高分子聚合物絕緣層414相對居間電極層410的面和居間電極層410相對第二高分子聚合物絕緣層414的面中的至少一個面上設置有微納結構(圖未示)。關於微納結構的具體設置方式可參照上文描述，此處不再贅述。在這種方式中，通過居間電極層410與第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合物絕緣層之間的摩擦產生靜電荷，由此將在居間電極層410與第一電極和第二電極之間產生電勢差。在本實施例中，居間電極層410是由能夠製作電極的材料製作的。其中，第一電極和第二電極串聯為摩擦發電機的一個輸出端；居間電極層作為摩擦發電機的另一個輸出端。
[0057]在圖7a和圖7b所示的結構中，第一高分子聚合物絕緣層、第二高分子聚合物絕緣層、第一電極和第二電極的材質可以參照第二種結構的摩擦發電機進行選擇。居間電極層410可以選擇導電薄膜、導電高分子、金屬材料，金屬材料包括純金屬和合金，純金屬選自金、銀、鉬、鈕、招、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、猛、鑰、鶴、銀等，合金可以選自輕合金(招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金等)、重有色合金(銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金等)、低熔點合金(鉛、錫、鎘、鉍、銦、鎵及其合金)、難熔合金(鎢合金、鑰合金、鈮合金、鉭合金等)。居間電極層410的厚度優選100 μ m-500 μ m,更優選200 μ m。
[0058]另外，為了提高發電量，上述發電衣中的摩擦發電機可以進一步設置為多個摩擦發電機。當摩擦發電機的數量為多個時，多個摩擦發電機可以串聯也可以並聯。其中，當摩擦發電機並聯時可提高電流的輸出強度，而摩擦發電機串聯時可提高電壓的輸出大小，從而能夠解決單個摩擦發電機輸出的電流或電壓大小不能滿足發電衣需求的問題。為了同時獲得上述優勢，也可以考慮將一部分摩擦發電機並聯，將另一部分摩擦發電機串聯。
[0059]本實用新型提供的發電衣通過摩擦發電機來收集人體和/或外界環境中的微小機械能(例如:拉扯、摩擦、微風吹拂等)，可以通過人體的運動帶動發電衣運動，從而使摩擦發電機發生機械形變，進而產生電能，並將其儲存，實現了持續自發電，這樣既克服了溫差發電衣受溫差影響而不能持續供電的缺陷，又給用戶使用帶來了便捷，而且也節約了能源，保護了環境。
[0060]另外，本實用新型提供的發電衣中的摩擦發電機具有製作工藝簡單、成本低、易於大規模工業化生產的特點，故使得發電衣整體也具有製作工藝簡單、成本低、易於大規模工業化生產的特點。而且，本實用新型提供的發電衣中的摩擦發電機質量輕、柔軟，故使得發電衣整體也具有質量輕，柔軟的特點，使用戶穿著輕便、舒適。另外，本實用新型提供的發電衣不僅可以為可攜式數碼產品如手機、MP3、MP4等進行供電，還可以為人體狀況監測產品如壓力傳感器、呼吸傳感器、心跳傳感器、溫度傳感器、溼度傳感器等提供能量，因此應用範圍廣闊。此發電衣尤其適合給戶外工作者、旅遊者、探險者、老年人、病人使用。
[0061]本領域技術人員可以理解，雖然上述說明中，為便於理解，對方法的步驟採用了順序性描述，但是應當指出，對於上述步驟的順序並不作嚴格限制。
[0062]本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬體來完成，該程序可以存儲於一計算機可讀取存儲介質中，如:R0M/RAM、磁碟、光碟等。
[0063]還可以理解的是，附圖或實施例中所示的裝置結構僅僅是示意性的，表示邏輯結構。其中作為分離部件顯示的模塊可能是或者可能不是物理上分開的，作為模塊顯示的部件可能是或者可能不是物理模塊。
[0064]顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和範圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬於本實用新型權利要求及其等同技術的範圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。
【權利要求】
1.一種發電衣，包括服裝本體，其特徵在於，在所述服裝本體的內部和/或所述服裝本體的表面上設置有至少一個摩擦發電機以及與所述至少一個摩擦發電機的輸出端相連的儲能裝置，其中， 所述摩擦發電機包括:依次層疊設置的第一電極，第一高分子聚合物絕緣層，以及第二電極；其中，所述第一電極設置在所述第一高分子聚合物絕緣層的第一側表面上；且所述第一高分子聚合物絕緣層的第二側表面朝向所述第二電極設置，所述第一電極和第二電極作為所述摩擦發電機的輸出端。
2.如權利要求1所述的發電衣，其特徵在於，所述第一高分子聚合物絕緣層和所述第二電極相對設置的兩個面中的至少一個面上設有微納結構。
3.如權利要求1所述的發電衣，其特徵在於，所述摩擦發電機進一步包括:設置在所述第二電極和所述第一高分子聚合物絕緣層之間的第二高分子聚合物絕緣層，其中，所述第二電極設置在所述第二高分子聚合物絕緣層的第一側表面上；且所述第二高分子聚合物絕緣層的第二側表面與所述第一高分子聚合物絕緣層的第二側表面相對設置。
4.如權利要求3所述的發電衣，其特徵在於，所述第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合物絕緣層相對設置的兩個面中的至少一個面上設有微納結構。
5.如權利要求3所述的發電衣，其特徵在於，所述摩擦發電機進一步包括:設置在所述第一高分子聚合物絕緣層和所述第二高分子聚合物絕緣層之間的居間薄膜層。
6.如權利要求5所述的發電衣，其特徵在於，所述居間薄膜層為聚合物薄膜層，且所述居間薄膜層和第一高分子聚合物絕緣層相對設置的兩個面中的至少一個面上設有微納結構，和/或所述居間薄膜層和第二高分子聚合物絕緣層相對設置的兩個面中的至少一個面上設有微納結構。
7.如權利要求3所述的發電衣，其特徵在於，所述摩擦發電機進一步包括:設置在所述第一高分子聚合物絕緣層和所述第二高分子聚合物絕緣層之間的居間電極層。
8.如權利要求7所述的發電衣，其特徵在於，所述居間電極層和第一高分子聚合物絕緣層相對設置的兩個面中的至少一個面上設有微納結構，和/或所述居間電極層和第二高分子聚合物絕緣層相對設置的兩個面中的至少一個面上設有微納結構，所述第一電極和第二電極串聯為所述摩擦發電機的一個輸出端，所述居間電極層為所述摩擦發電機的另一個輸出端。
9.如權利要求1所述的發電衣，其特徵在於，所述儲能裝置包括:依次相連的整流電路、濾波電路、變壓電路以及儲能元件，其中，所述儲能元件包括鋰電池、鎳氫電池、鉛酸電池、或超級電容。
10.如權利要求9所述的發電衣，其特徵在於，所述儲能裝置進一步包括:與所述儲能元件相連的、適於為外部電器供電的供電接口，其中，所述供電接口的數量為一個或多個，當所述供電接口的數量為多個時，每個供電接口提供的電壓大小或接口類型不同。
11.如權利要求1-10中任一權利要求所述的發電衣，其特徵在於，在所述服裝本體的內部和/或所述服裝本體的表面上進一步設置有:與所述儲能裝置相連的至少一個感測裝置。
12.如權利要求11所述的發電衣，其特徵在於，在所述服裝本體的內部和/或所述服裝本體的表面上進一步設置有:與所述儲能裝置相連的報警裝置，其中，所述報警裝置進一步與所述至少一個感測裝置的輸出端相連。
13.如權利要求12所述的發電衣，其特徵在於，所述感測裝置包括:壓力傳感器、呼吸傳感器、心跳傳感器、溫度傳感器、溼度傳感器中的一種或多種，所述報警裝置包括:聲音報警器和/或燈光報警器。
14.如權利要求1-10中任一權利要求所述的發電衣，其特徵在於，所述服裝本體包括:位於外部的服裝面料以及位於內部的服裝裡料，則所述服裝本體的內部是指:所述服裝面料與所述服裝裡料之間的空隙；或者， 所述服裝本體包括:位於外部的服裝面料、位於內部的服裝裡料以及位於所述服裝面料與所述服裝裡料之間的內部夾層，則所述服裝本體的內部是指:所述內部夾層的表面或內部。
15.如權利要求11所述的發電衣，其特徵在於，所述服裝本體包括:位於外部的服裝面料以及位於內部的服裝裡料，則所述服裝本體的內部是指:所述服裝面料與所述服裝裡料之間的空隙；或者， 所述服裝本體包括:位 於外部的服裝面料、位於內部的服裝裡料以及位於所述服裝面料與所述服裝裡料之間的內部夾層，則所述服裝本體的內部是指:所述內部夾層的表面或內部。
16.如權利要求12所述的發電衣，其特徵在於，所述服裝本體包括:位於外部的服裝面料以及位於內部的服裝裡料，則所述服裝本體的內部是指:所述服裝面料與所述服裝裡料之間的空隙；或者， 所述服裝本體包括:位於外部的服裝面料、位於內部的服裝裡料以及位於所述服裝面料與所述服裝裡料之間的內部夾層，則所述服裝本體的內部是指:所述內部夾層的表面或內部。
17.如權利要求13所述的發電衣，其特徵在於，所述服裝本體包括:位於外部的服裝面料以及位於內部的服裝裡料，則所述服裝本體的內部是指:所述服裝面料與所述服裝裡料之間的空隙；或者， 所述服裝本體包括:位於外部的服裝面料、位於內部的服裝裡料以及位於所述服裝面料與所述服裝裡料之間的內部夾層，則所述服裝本體的內部是指:所述內部夾層的表面或內部。
18.如權利要求1-10中任一權利要求所述的發電衣，其特徵在於，所述至少一個摩擦發電機以及與所述至少一個摩擦發電機的輸出端相連的儲能裝置以不可拆卸的方式固定設置在所述服裝本體的內部和/或所述服裝本體的表面上；或者，所述至少一個摩擦發電機以及與所述至少一個摩擦發電機的輸出端相連的儲能裝置以可拆卸的方式活動設置在所述服裝本體的內部和/或所述服裝本體的表面上。
【文檔編號】A41D3/00GK203537266SQ201320382315
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年6月28日 優先權日:2013年6月28日
【發明者】徐傳毅 申請人:納米新能源（唐山）有限責任公司