粗糙石墨烯摩擦发电面料及其制造方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010177798.2 (22)申请日 2020.03.13 (71)申请人 追信数字科技有限公司 地址 250000 山东省济南市历城区山大北 路19号楼幢1-333室 (72)发明人 王凯刘辉王雷张敬敏 (51)Int.Cl. D06M 11/46(2006.01) D06M 11/45(2006.01) D06M 15/59(2006.01) H02N 1/04(2006.01) H01M 10/46(2006.01) H01B 1/04(2006.01) B32B 。

2、27/02(2006.01) B32B 27/36(2006.01) B32B 27/12(2006.01) B32B 17/02(2006.01) B32B 17/12(2006.01) B32B 27/04(2006.01) B32B 27/28(2006.01) B32B 33/00(2006.01) B32B 38/08(2006.01) B32B 9/02(2006.01) B32B 9/00(2006.01) B32B 9/04(2006.01) D06M 101/32(2006.01) (54)发明名称 一种粗糙石墨烯摩擦发电面料及其制造方 法 (57)摘要 本发明公开了一种粗糙。

3、石墨烯摩擦发电面 料及其制造方法， 该粗糙石墨烯摩擦发电面料由 外层、 内层和充电电池组成， 外层由ITO导电膜和 由经ODPA/PMDA共聚PMR聚酰亚胺树脂整理的聚 酯纤维制成的外表层整合固化而成， 内层由ITO 导电膜和内衬层整合固化而成， 内衬层具体由聚 酯纤维和生长有粗糙石墨烯的硅基纤维混纺而 成， 充电电池的正、 负两极分别与内层的ITO导电 膜和外层的ITO导电膜连接。 本发明发电效率高、 重量轻、 工艺绿色环保、 成本较低。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 111364234 A 2020.07.03 CN 111364234 A 1.一种粗糙石墨烯摩擦发电面料的制。

4、造方法， 其特征在于包括以下步骤： 1)预准备 原材料准备： 按重量份准备聚酯纤维300份、 玻璃纤维5份-8份、 足量ODPA/PMDA共聚 PMR聚酰亚胺树脂、 足量氧化铟、 足量氧化锡； 设备及辅材： 准备射频等离子体增强化学气相沉积装置、 足量氢气、 足量乙炔； 2)粗糙石墨烯的制备 将阶段1)步骤准备的玻璃纤维放置于阶段1)步骤准备的射频等离子体增强化 学气相沉积装置工作区域内， 将工作区域抽真空至压力110-1Pa-110-2Pa， 然后在工作 区域内以8sccm-10sccm的流速通入氢气， 将工作区域加热至860-870并保持6min- 7min； 将射频等离子体增强化学气相沉。

5、积装置的射频电源功率调节至200W， 电离氢气产生 等离子体， 保持2.5min-3min， 获得还原玻璃纤维； 将阶段1)步骤准备的乙炔、 氢气以体积比3:1的比例混合均匀后， 以4sccm-5sccm 的流速通入混合气体， 同时调节射频电源的功率为290W-320W， 保持1.5h-2h， 然后关闭射频 电源， 停止通入气体和加热， 让工作区域自然冷却至室温后， 释压至大气压， 取出处理好的 还原玻璃纤维， 获得粗糙石墨烯硅基复合纤维； 3)内层的制备 将阶段1)步骤准备的100份-120份聚酯纤维与阶段2)步骤获得的粗糙石墨烯硅 基复合纤维均匀混纺成均布网孔的网格状布料， 网孔间距2mm。

6、-3mm， 网孔直径0.5mm-0.8mm， 获得待处理布料， 布料分为A、 B两面； 以阶段1)步骤准备的氧化铟： 氧化锡按质量比9： 1的比例混配的混合物为原料， 在 步骤获得的待处理布料的A表面蒸镀均衡性ITO膜， 膜层厚度50nm-100nm； 4)外层的制备 将阶段1)步骤准备的剩余聚酯纤维纺织成密织布料； 以阶段1)步骤准备的ODPA/PMDA共聚PMR聚酰亚胺树脂为整理液材料， 对步骤获 得的密织布料进行浸润整理处理， 获得整理后布料， 整理后布料分为C、 D两面； 以阶段1)步骤准备的氧化铟： 氧化锡按质量比9： 1的比例混配的混合物为原料， 在 步骤获得的预整理织物的C表面蒸。

7、镀均衡性ITO膜， 膜层厚度50nm-100nm； 5)摩擦发电面料的配装方法包括以下步骤： 将完成表面蒸镀的外层和内层整合， 将上述步骤中两层织物未进行蒸镀处理的B面 和D面相对贴合组装， 再将通过导线将充电电池的正、 负两极分别与内层A面的ITO导电膜 (1)和外层C面的ITO导电膜(1)连接， 即获得所需粗糙石墨烯摩擦发电面料。 2.一种粗糙石墨烯摩擦发电面料， 其特征在于： 该粗糙石墨烯摩擦发电面料由外层、 内 层和充电电池组成， 外层由ITO导电膜(1)和由经ODPA/PMDA共聚PMR聚酰亚胺树脂整理的聚 酯纤维制成的外表层(2)整合固化而成， 内层由ITO导电膜(1)和内衬层(3。

8、)整合固化而成， 内衬层(3)具体由聚酯纤维和生长有粗糙石墨烯的硅基纤维混纺而成， 充电电池的正、 负两 极分别与内层的ITO导电膜(1)和外层的ITO导电膜(1)连接。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111364234 A 2 一种粗糙石墨烯摩擦发电面料及其制造方法 技术领域 0001 本发明涉及电气装置技术领域， 尤其涉及一种粗糙石墨烯摩擦发电面料及其制造 方法。 背景技术 0002 摩擦发电机是将机械能转化为电能的有效工具， 并可作为电源为设备提供电能， 有巨大的应用潜力。 0003 摩擦发电机具有输出电压高、 绿色环保、 安全性好、 体积质量小、 成本低等优点。 在 摩擦发电机的设。

9、计过程中， 电极材料的选择和形貌设计是影响摩擦发电机性能的关键因 素。 三维结构的石墨烯复合材料具有大的比表面积和优异的电荷传输能力， 而且其特殊的 三维竖直结构还可增加接触面积， 因此可以作为摩擦发电机的优良电极， 但是目前尚未有 石墨烯复合材料用于摩擦发电机电极的报道。 0004 并且， 现在还没有真正将这些研究成果应用到人们平时穿着的衣物上， 所有现有 的摩擦发电装置都是要集成在其它的载体上， 比较自行车、 假肢、 鞋底， 不仅成本较高， 很多 时间也会增加人体负担， 适用范围很窄， 很大程度上阻碍了这项技术的推广应用。 0005 因此， 市面上急需一种发电效率高、 重量轻、 工艺绿色环。

10、保、 成本较低的粗糙石墨 烯摩擦发电面料及其制造方法。 发明内容 0006 本发明旨在提供一种发电效率高、 重量轻、 工艺绿色环保、 成本较低的粗糙石墨烯 摩擦发电面料制造方法。 0007 为了实现上述目的， 本发明采用以下技术方案： 一种粗糙石墨烯摩擦发电面料的 制造方法， 包括以下步骤： 0008 1)预准备 0009 原材料准备： 按重量份准备聚酯纤维300份、 玻璃纤维5份-8份、 足量ODPA/PMDA 共聚PMR聚酰亚胺树脂、 足量氧化铟、 足量氧化锡； 0010 设备及辅材： 准备射频等离子体增强化学气相沉积装置、 足量氢气、 足量乙炔； 0011 2)粗糙石墨烯的制备 0012。

11、 将阶段1)步骤准备的玻璃纤维放置于阶段1)步骤准备的射频等离子体增 强化学气相沉积装置工作区域内， 将工作区域抽真空至压力110-1Pa-110-2Pa， 然后在 工作区域内以8sccm-10sccm的流速通入氢气， 将工作区域加热至860-870并保持6min- 7min； 0013 将射频等离子体增强化学气相沉积装置的射频电源功率调节至200W， 电离氢气 产生等离子体， 保持2.5min-3min， 获得还原玻璃纤维； 0014 将阶段1)步骤准备的乙炔、 氢气以体积比3:1的比例混合均匀后， 以4sccm- 5sccm的流速通入混合气体， 同时调节射频电源的功率为290W-320W，。

12、 保持1.5h-2h， 然后关 说明书 1/4 页 3 CN 111364234 A 3 闭射频电源， 停止通入气体和加热， 让工作区域自然冷却至室温后， 释压至大气压， 取出处 理好的还原玻璃纤维， 获得粗糙石墨烯硅基复合纤维； 0015 3)内层的制备 0016 将阶段1)步骤准备的100份-120份聚酯纤维与阶段2)步骤获得的粗糙石墨 烯硅基复合纤维均匀混纺成均布网孔的网格状布料， 网孔间距2mm-3mm， 网孔直径0.5mm- 0.8mm， 获得待处理布料， 布料分为A、 B两面； 0017 以阶段1)步骤准备的氧化铟： 氧化锡按质量比9： 1的比例混配的混合物为原 料， 在步骤获得的。

13、待处理布料的A表面蒸镀均衡性ITO膜， 膜层厚度50nm-100nm； 0018 4)外层的制备 0019 将阶段1)步骤准备的剩余聚酯纤维纺织成密织布料； 0020 以阶段1)步骤准备的ODPA/PMDA共聚PMR聚酰亚胺树脂为整理液材料， 对步骤 获得的密织布料进行浸润整理处理， 获得整理后布料， 整理后布料分为C、 D两面； 0021 以阶段1)步骤准备的氧化铟： 氧化锡按质量比9： 1的比例混配的混合物为原 料， 在步骤获得的预整理织物的C表面蒸镀均衡性ITO膜， 膜层厚度50nm-100nm； 0022 5)摩擦发电面料的配装方法包括以下步骤： 0023 将完成表面蒸镀的外层和内层整。

14、合， 将上述步骤中两层织物未进行蒸镀处理的 B面和D面相对贴合组装， 再将通过导线将充电电池的正、 负两极分别与内层A面的ITO导电 膜和外层C面的ITO导电膜连接， 即获得所需粗糙石墨烯摩擦发电面料。 0024 一种粗糙石墨烯摩擦发电面料， 该粗糙石墨烯摩擦发电面料由外层、 内层和充电 电池组成， 外层由ITO导电膜和由经ODPA/PMDA共聚PMR聚酰亚胺树脂整理的聚酯纤维制成 的外表层整合固化而成， 内层由ITO导电膜和内衬层整合固化而成， 内衬层具体由聚酯纤维 和生长有粗糙石墨烯的硅基纤维混纺而成， 充电电池的正、 负两极分别与内层的ITO导电膜 和外层的ITO导电膜连接。 0025 。

15、与现有技术相比较， 本发明具有以下优点： (1)本研究通过等离子体化学气相沉积 工艺制备出具有高比表面积、 相对独立竖直石墨烯单元、 低薄膜电阻的粗糙表面的石墨烯 膜， 是一种优良的电极材料。 更重要的是， 基于粗糙表面的石墨烯膜电极构建的摩擦纳米发 电机具有稳定的输出电压和电流， 具有良好的应用效果。 (2)本发明所公开的摩擦发电织物 其工艺路线是在现有成熟工艺的工艺路线基础上简单增加整合而成， 因而与现有生产线能 实现简单整合， 制造工艺简单， 成本低廉， 能很方便地进行大规模生产的应用， 同时本发明 还具有极好的耐久性和可加工性， 可轻松融入其他产品的设计当中。 (3)本发明最外层的两 。

16、面都整合有ITO薄膜， 且外层的基体纤维均为聚酯纤维， 因此本发明还具有防水、 耐腐蚀的 性能。 因此， 本发明具有发电效率高、 重量轻、 工艺绿色环保、 成本较低的特性。 附图说明 0026 图1为本发明的结构示意图； 0027 图中： ITO导电膜1、 外表层2、 内衬层3。 具体实施方式 0028 本发明的工作原理是： 最初， 在没有任何压力的情况下， 聚酰亚胺层和粗糙石墨烯 说明书 2/4 页 4 CN 111364234 A 4 硅基复合纤维表面无电荷。 当摩擦力施加到本面料上时， 聚酰亚胺层与粗糙石墨烯硅基复 合纤维相互靠近并接触， 电子从粗糙石墨烯硅基复合纤维转移到聚酰亚胺层表面。

17、使其带负 电， 相应的粗糙石墨烯硅基复合纤维由于电子流失而带正电。 由于产生的表面电荷几乎都 在同一个平面， 在聚酰亚胺层与粗糙石墨烯硅基复合纤维之间产生的静电电位差很小， 无 电信号。 当压力释放时， 装置将恢复到原来的位置。 聚酰亚胺层和粗糙石墨烯硅基复合纤维 表面分离， 在聚酰亚胺层和粗糙石墨烯硅基复合纤维之间就会产生一个较大的电位差， 从 而实现电能的收集。 0029 实施例1： 0030 如图1所示的一种粗糙石墨烯摩擦发电面料， 该粗糙石墨烯摩擦发电面料由外层、 内层和充电电池组成， 外层由ITO导电膜1和由经ODPA/PMDA共聚PMR聚酰亚胺树脂整理的聚 酯纤维制成的外表层2整合。

18、固化而成， 内层由ITO导电膜1和内衬层3整合固化而成， 内衬层3 具体由聚酯纤维和生长有粗糙石墨烯的硅基纤维混纺而成， 充电电池的正、 负两极分别与 内层的ITO导电膜1和外层的ITO导电膜1连接； 0031 本实施例的制造方法包括以下步骤： 0032 1)预准备 0033 原材料准备： 按重量份准备聚酯纤维300份、 玻璃纤维5份-8份、 足量ODPA/PMDA 共聚PMR聚酰亚胺树脂、 足量氧化铟、 足量氧化锡； 0034 设备及辅材： 准备射频等离子体增强化学气相沉积装置、 足量氢气、 足量乙炔； 0035 2)粗糙石墨烯的制备 0036 将阶段1)步骤准备的玻璃纤维放置于阶段1)步骤。

19、准备的射频等离子体增 强化学气相沉积装置工作区域内， 将工作区域抽真空至压力110-1Pa-110-2Pa， 然后在 工作区域内以8sccm-10sccm的流速通入氢气， 将工作区域加热至860-870并保持6min- 7min； 0037 将射频等离子体增强化学气相沉积装置的射频电源功率调节至200W， 电离氢气 产生等离子体， 保持2.5min-3min， 获得还原玻璃纤维； 0038 将阶段1)步骤准备的乙炔、 氢气以体积比3:1的比例混合均匀后， 以4sccm- 5sccm的流速通入混合气体， 同时调节射频电源的功率为290W-320W， 保持1.5h-2h， 然后关 闭射频电源， 停。

20、止通入气体和加热， 让工作区域自然冷却至室温后， 释压至大气压， 取出处 理好的还原玻璃纤维， 获得粗糙石墨烯硅基复合纤维； 0039 3)内层的制备 0040 将阶段1)步骤准备的100份-120份聚酯纤维与阶段2)步骤获得的粗糙石墨 烯硅基复合纤维均匀混纺成均布网孔的网格状布料， 网孔间距2mm-3mm， 网孔直径0.5mm- 0.8mm， 获得待处理布料， 布料分为A、 B两面； 0041 以阶段1)步骤准备的氧化铟： 氧化锡按质量比9： 1的比例混配的混合物为原 料， 在步骤获得的待处理布料的A表面蒸镀均衡性ITO膜， 膜层厚度50nm-100nm； 0042 4)外层的制备 0043。

21、 将阶段1)步骤准备的剩余聚酯纤维纺织成密织布料； 0044 以阶段1)步骤准备的ODPA/PMDA共聚PMR聚酰亚胺树脂为整理液材料， 对步骤 获得的密织布料进行浸润整理处理， 获得整理后布料， 整理后布料分为C、 D两面； 说明书 3/4 页 5 CN 111364234 A 5 0045 以阶段1)步骤准备的氧化铟： 氧化锡按质量比9： 1的比例混配的混合物为原 料， 在步骤获得的预整理织物的C表面蒸镀均衡性ITO膜， 膜层厚度50nm-100nm； 0046 5)摩擦发电面料的配装方法包括以下步骤： 0047 将完成表面蒸镀的外层和内层整合， 将上述步骤中两层织物未进行蒸镀处理的 B面。

22、和D面相对贴合组装， 再将通过导线将充电电池的正、 负两极分别与内层A面的ITO导电 膜1和外层C面的ITO导电膜1连接， 即获得所需粗糙石墨烯摩擦发电面料。 0048 根据本实施例生产的摩擦发电织物， 穿着于人体时其重量与普通运动服并无明显 差异， 且透气性仍良好， 在人体剧烈运动时(如慢跑健身时)， 其开路电压可达25V， 短路电流 可达0.85 A， 下同。 0049 实施例2： 0050 整体与实施例1一致， 差异之处在于： 0051 原材料准备： 按重量份准备棉纤维线100g、 硅纤维1g、 足量聚二甲基硅氧烷、 足 量N， N-亚甲基双丙烯酰胺、 足量氧化铟、 足量氧化锡、 聚酯纤。

23、维250g； 0052 将步骤准备的棉纤维线、 硅纤维均匀混纺成均布网孔的网格状布料， 网孔间 距3mm， 网孔直径0.5mm， 获得待整理布料， 布料分为A、 B两面； 0053 实施例3： 0054 整体与实施例1一致， 差异之处在于： 0055 原材料准备： 按重量份准备棉纤维线100g、 硅纤维3g、 足量聚二甲基硅氧烷、 足 量N， N-亚甲基双丙烯酰胺、 足量氧化铟、 足量氧化锡、 聚酯纤维200g； 0056 将步骤准备的棉纤维线、 硅纤维均匀混纺成均布网孔的网格状布料， 网孔间 距2mm， 网孔直径0.8mm， 获得待整理布料， 布料分为A、 B两面； 0057 对所公开的实施例的上述说明， 仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本 发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的， 本文中所 定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。 因此， 本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特 点相一致的最宽的范围。 说明书 4/4 页 6 CN 111364234 A 6 图1 说明书附图 1/1 页 7 CN 111364234 A 7 。