一種兼?zhèn)淙嵝园l(fā)電功能的衣服的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種兼?zhèn)淙嵝园l(fā)電功能的衣服，包括衣服本體以及多個發(fā)電纖維組，發(fā)電纖維組各自由第一和第二組件組成，其中第一組件由紡織線和均勻包裹其上的第一導(dǎo)電層共同組成，并在第一組件的一個末端加工有作為負(fù)極的第一電極；第二組件由紡織線、均勻包裹在紡織線上的第二導(dǎo)電層和包裹在第二導(dǎo)電層上的高分子絕緣層共同組成，其中留下第二導(dǎo)電層的一個末端不予包裹，并在此位置加工有作為正極的第二電極；第一、第二組件相互纏繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)，并通過并聯(lián)方式組裝在衣服本體中。本實用新型還公開了其他一些構(gòu)造形式。通過本實用新型，能夠使衣服還能提供較大功率輸出的功能，同時具備結(jié)構(gòu)緊湊、便于加工制造、高柔性和高復(fù)合性等特點。
【專利說明】一種兼?zhèn)淙嵝园l(fā)電功能的衣服

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于紡織【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種兼?zhèn)淙嵝园l(fā)電功能的衣服，其 具備高柔性和高復(fù)合性，同時能夠安全、便捷地產(chǎn)生功率輸出，因而尤其適用于可穿戴式電 子產(chǎn)品的臨時性充電用途。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，可穿戴式的電子產(chǎn)品蓬勃發(fā)展，例如出現(xiàn)了可穿戴式的用于檢測人體健 康數(shù)據(jù)的手環(huán)等產(chǎn)品。就目前來說，這些電子產(chǎn)品的功耗越來越低，已經(jīng)接近毫瓦（mW)級 另IJ，可是它們往往還是需要外帶的電池來驅(qū)動，而電池的使用會產(chǎn)生一系列的問題。例如， 當(dāng)電池電量用完而沒有被及時地更換會導(dǎo)致電子器件不能工作，電池的更換也會產(chǎn)生費用 和環(huán)境污染問題。
[0003] 為了使衣服除了作為日常穿戴物品之外，還能為上述電子產(chǎn)品同時提供功率輸出 和臨時充電的功能，現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)提出了一些解決方案。例如，CN101136551A中公開了一 種發(fā)電系統(tǒng)，其中通過在衣服或背包表面上安裝多個納米發(fā)電機(jī)模塊，由此可通過納米線 的壓電效應(yīng)執(zhí)行發(fā)電并輸送至用電模塊。此外，CN103368454A中公開了一種摩擦電納米發(fā) 電衣服，該衣服從外向內(nèi)按照外層布料、外層材料、內(nèi)層材料和內(nèi)層布料的順序依次層疊， 由此通過內(nèi)層材料與外層材料之間的摩擦來產(chǎn)生電信號輸出。
[0004] 然而，進(jìn)一步的研究表明，上述現(xiàn)有技術(shù)仍然存在以下的缺陷或不足：首先，其實 現(xiàn)方式仍然為在衣物中直接附加發(fā)電模塊，并未對編織方式及相應(yīng)的發(fā)電效應(yīng)作出進(jìn)一步 的優(yōu)化設(shè)計，相應(yīng)導(dǎo)致發(fā)電效率和操作性方面存在不足；其次，現(xiàn)有的發(fā)電衣服在柔韌性、 透氣性和復(fù)合性方面不是很理想，同樣會導(dǎo)致適用性、發(fā)電效率和安全性方面的不足。因 此，在相關(guān)領(lǐng)域中有必要尋找更為完善的解決方案，以便在克服現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷的同 時，更好地適用于各類可穿戴式電子產(chǎn)品的供電及臨時充電等用途。 實用新型內(nèi)容
[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本實用新型提供了一種兼?zhèn)淙嵝园l(fā)電功能 的衣服及其制造方式，其中通過對柔性發(fā)電元件的內(nèi)部構(gòu)造尤其是結(jié)合衣服編織方式進(jìn)行 研究改進(jìn)，與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠提供更大的功率輸出，同時具備結(jié)構(gòu)緊湊、便于加工制造、 高柔性和高復(fù)合性等特點。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，按照本實用新型的一個方面，提供了一種兼?zhèn)淙嵝园l(fā)電功能的 衣服，其特征在于，該衣服包括由紡織線編織而成的網(wǎng)狀框架結(jié)構(gòu)，以及通過并聯(lián)方式組 裝在此網(wǎng)狀框架結(jié)構(gòu)中的多個發(fā)電纖維組，各個發(fā)電纖維組由第一組件和第二組件共同組 成，其中：
[0007] 所述第一組件由紡織線和第一導(dǎo)電層共同組成，其中第一導(dǎo)電層的材質(zhì)選自碳納 米管、金、銀、銅或鋁，其均勻包裹在紡織線的整個表面上，并且第一組件的一個末端加工有 作為負(fù)極的第一電極；
[0008] 所述第二組件由紡織線、第二導(dǎo)電層和高分子絕緣層共同組成，其中第二導(dǎo)電層 的材質(zhì)選自碳納米管、金、銀、銅或鋁，其均勻包裹在紡織線的整個表面上；高分子絕緣層包 裹在第二導(dǎo)電層的表面上，并且留下第二導(dǎo)電層的一個末端不予包裹，由此在此位置加工 有作為正極的第二電極；
[0009] 所述第一、第二組件相互纏繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)，并且第一組件上加工有第一電極的 末端與第二組件上未加工有電極的末端相固定，第二組件上加工有第二電極的末端與第一 組件上未加工固有電極的末端相固定。
[0010] 按照本實用新型的另一方面，提供了一種兼?zhèn)淙嵝园l(fā)電功能的衣服，其特征在于， 該衣服包括由紡織線編織而成的網(wǎng)狀框架結(jié)構(gòu)，以及通過并聯(lián)方式組裝在此網(wǎng)狀框架結(jié)構(gòu) 中的多個發(fā)電纖維，其中：
[0011] 各個發(fā)電纖維由紡織線、導(dǎo)電層和高分子絕緣層共同組成，其中導(dǎo)電層的材質(zhì)選 自碳納米管、金、銀、銅或鋁，其均勻包裹在紡織線的整個表面上；高分子絕緣層的材質(zhì)選自 聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、乙烯四氟乙 烯共聚物、偏氟乙烯三氟乙烯共聚物、聚酰亞胺、聚對苯二甲酸乙二酯這些材料中的一種， 其包裹在導(dǎo)電層的表面上，并留下導(dǎo)電層的一個末端不予包裹且在此位置加工有電極。
[0012] 作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述網(wǎng)狀框架結(jié)構(gòu)、第一組件和第二組件中的紡織線優(yōu)選選 自于以下材料中的任意一種：棉線，蠶絲線，羊毛線，以及以尼龍為代表的化學(xué)纖維線。
[0013] 作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第二組件中的高分子絕緣層的材質(zhì)選自聚四氟乙烯、聚 乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、乙烯四氟乙烯共聚物、偏氟 乙烯三氟乙烯共聚物、聚酰亞胺、聚對苯二甲酸乙二酯這些材料中的一種。
[0014] 作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述高分子絕緣層與第二導(dǎo)電層相接觸的表面上還加工有多 個微納米的凹凸結(jié)構(gòu)，由此進(jìn)一步增加其表面積并提高其吸附電荷的能力。
[0015] 作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述凹凸結(jié)構(gòu)的平均尺寸為100納米?400納米。
[0016] 總體而言，通過本實用新型所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以 下的技術(shù)優(yōu)點：
[0017] 1、通過對柔性發(fā)電元件的內(nèi)部構(gòu)造尤其是結(jié)合衣服編織方式進(jìn)行研究改進(jìn)，能夠 使衣服在擁有穿著功能的同時，能夠?qū)⑷梭w產(chǎn)生的動能轉(zhuǎn)換成電能并加以利用，由此在符 合當(dāng)前節(jié)能環(huán)保的要求同時又十分新穎時尚；
[0018] 2、通過對該發(fā)電衣服各個關(guān)鍵組件的材質(zhì)、具體結(jié)構(gòu)、加工工藝的限定，與現(xiàn)有技 術(shù)相比能夠顯著提高能量輸出效率，同時具備性能穩(wěn)定、工作壽命長、低成本、便于大批量 加工制造等特點；
[0019] 3、該發(fā)電衣服整體采用柔性材料制成，可以折疊彎曲，便于操作，與普通紡織物的 組合方式也可以多種多樣，同時具備結(jié)構(gòu)緊湊、便于加工制造、高柔性和高復(fù)合性等特點， 因而擁有廣泛的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖la是按照本實用新型第一實施例所構(gòu)建的發(fā)電纖維組的第一組件的橫截面示 意圖；
[0021] 圖lb是按照本實用新型第一實施例所構(gòu)建的發(fā)電纖維組的第二組件的橫截面示 意圖；
[0022] 圖2是驅(qū)動第一實施例的發(fā)電衣服所獲得的電流信號示意圖；
[0023] 圖3是對按照第一實施例的發(fā)電衣服進(jìn)行測試，用于對一個2. 2微法的電容進(jìn)行 充電時所獲得的充電曲線圖；
[0024] 圖4是驅(qū)動本實用新型第二實施例的發(fā)電衣服所獲得的電流信號示意圖。
[0025] 在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：
[0026] 1-第一組件2-第二組件11-紡織線12-第一導(dǎo)電層21-紡織線22-第二導(dǎo)電層 23-高分子絕緣層

【具體實施方式】
[0027] 為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施 例，對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋 本實用新型，并不用于限定本實用新型。此外，下面所描述的本實用新型各個實施方式中所 涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0028] 圖la、lb是按照本實用新型第一優(yōu)選實施例所構(gòu)建的發(fā)電纖維組的橫截面示意 圖。如圖1中所示，該衣服主要衣服本體、第一組件1和第二組件2。其中，衣服本體為由紡 織線編織而成的網(wǎng)狀框架結(jié)構(gòu)，并可根據(jù)衣服穿戴者的身高、胖瘦等參數(shù)在編織時進(jìn)行調(diào) 整。第一組件1由普通紡織線11 (譬如棉線，蠶絲線，羊毛線，以及以尼龍為代表的化學(xué)纖 維線這些材料中的一種）和包覆在11上的第一導(dǎo)電層12 (譬如組成碳納米管，金、銀、銅、 鋁）組成，并在第一組件的一端邊緣構(gòu)建第一電極。
[0029] 類似地，第二組件2由普通紡織線21，包覆在21表面的第二導(dǎo)電層22與包覆在 22表面的高分子絕緣層23 (譬如聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙丙烯共 聚物、聚三氟氯乙烯、乙烯四氟乙烯共聚物、偏氟乙烯三氟乙烯共聚物、聚酰亞胺、聚對苯二 甲酸乙二酯這些材料中的一種）組成，需要注意地是要留余一端邊緣不進(jìn)行包覆高分子絕 緣層用于加工制備第二電極。
[0030] 所述第一、第二組件相互纏繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)，并且第一組件上加工有第一電極的 末端與第二組件上未加工有電極的末端相固定，第二組件上加工有第二電極的末端與第一 組件上未加工固有電極的末端相固定，以此方式形成單個的發(fā)電纖維組。
[0031] 最后，多個發(fā)電纖維組通過并聯(lián)方式組裝在衣服本體中并形成最終的衣服。在使 用時，當(dāng)抖動或按壓衣服時，發(fā)電纖維組中的第一、第二組件的相對位置發(fā)生變化使得電容 也隨著變化，使得其中發(fā)電纖維組中的第一組件和第二組件的相對位置發(fā)生變化，在它們 相對位置發(fā)生變化的過程中，電容也會隨著發(fā)生變化，并導(dǎo)致電子在電極兩端的外部電路 中來回振蕩，進(jìn)而形成為交流電流。尤其是，如圖2和3中所示，通過較多的試驗測試表明， 當(dāng)抖動由8個發(fā)電纖維組構(gòu)成的發(fā)電衣服時可以產(chǎn)生超過1.8微安的電流，可以將一個2. 2 微法的商用電容在短時間內(nèi)充電到2. 5伏特并點亮一個商用LED。此實驗證明，此發(fā)電衣服 可以產(chǎn)生足夠的電量為低功耗的個人電子產(chǎn)品進(jìn)行供能。此外，該發(fā)電衣服整體采用柔性 材料制成，柔軟舒適，復(fù)合性強(qiáng)，便于加工制作，發(fā)電穩(wěn)定性好，因而具有十分大的應(yīng)用潛能 與實用價值。
[0032] 此外，本實用新型還提供了第二實施例，它在第一實施例的基礎(chǔ)上可以進(jìn)一步進(jìn) 行結(jié)構(gòu)簡化。該第二實施例所構(gòu)建的衣服主要包括由紡織線編織而成的網(wǎng)狀框架結(jié)構(gòu)(衣 服本體)，以及通過并聯(lián)方式組裝在此網(wǎng)狀框架結(jié)構(gòu)中的多個發(fā)電纖維。其中各個發(fā)電纖 維由紡織線、導(dǎo)電層和高分子絕緣層共同組成，其中導(dǎo)電層的材質(zhì)選自碳納米管、金、銀、銅 或鋁，其均勻包裹在紡織線的整個表面上；高分子絕緣層的材質(zhì)選自聚四氟乙烯、聚乙烯、 聚丙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、乙烯四氟乙烯共聚物、偏氟乙烯三 氟乙烯共聚物、聚酰亞胺、聚對苯二甲酸乙二酯這些材料中的一種，其包裹在導(dǎo)電層的表面 上，并且留下導(dǎo)電層的一個末端不予包裹，由此在此位置加工有電極；以此方式，當(dāng)使用該 種發(fā)電衣服時，通過人體運動使得發(fā)電衣服與人體之間的相對距離發(fā)生變化。此時人體相 當(dāng)于一個對電極，人體與發(fā)電衣服之間距離的變化會導(dǎo)致兩者之間的電容發(fā)生變化進(jìn)而產(chǎn) 生交流電流。如圖4中所示，通過較多的試驗測試表明，當(dāng)使用由10根以上的發(fā)電纖維組 成的發(fā)電衣服時，同樣可以產(chǎn)生超過1微安的電流。
[0033] 下面將進(jìn)一步解釋按照本實用新型一種發(fā)電衣服的基本工作原理。
[0034] 在不考慮邊緣效應(yīng)下，本實用新型一種發(fā)電衣服近似等效于平行平板電容。根據(jù) 麥克斯韋方程組相關(guān)公式推導(dǎo)，在平衡時有以下的公式1 :
[0035]

【權(quán)利要求】
1. 一種兼?zhèn)淙嵝园l(fā)電功能的衣服，其特征在于，該衣服包括由紡織線編織而成的網(wǎng)狀 框架結(jié)構(gòu)，以及通過并聯(lián)方式組裝在此網(wǎng)狀框架結(jié)構(gòu)中的多個發(fā)電纖維組，各個發(fā)電纖維 組由第一組件和第二組件共同組成，其中： 所述第一組件由紡織線和第一導(dǎo)電層共同組成，其中第一導(dǎo)電層的材質(zhì)選自碳納米 管、金、銀、銅或鋁，其均勻包裹在紡織線的整個表面上，并且第一組件的一個末端加工有作 為負(fù)極的第一電極； 所述第二組件由紡織線、第二導(dǎo)電層和高分子絕緣層共同組成，其中第二導(dǎo)電層的材 質(zhì)選自碳納米管、金、銀、銅或鋁，其均勻包裹在紡織線的整個表面上；高分子絕緣層包裹在 第二導(dǎo)電層的表面上，并且留下第二導(dǎo)電層的一個末端不予包裹，由此在此位置加工有作 為正極的第二電極； 所述第一、第二組件相互纏繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)，并且第一組件上加工有第一電極的末端 與第二組件上未加工有電極的末端相固定，第二組件上加工有第二電極的末端與第一組件 上未加工固有電極的末端相固定。
2. -種兼?zhèn)淙嵝园l(fā)電功能的衣服，其特征在于，該衣服包括由紡織線編織而成的網(wǎng)狀 框架結(jié)構(gòu)，以及通過并聯(lián)方式組裝在此網(wǎng)狀框架結(jié)構(gòu)中的多個發(fā)電纖維，其中： 各個發(fā)電纖維由紡織線、導(dǎo)電層和高分子絕緣層共同組成，其中導(dǎo)電層的材質(zhì)選自碳 納米管、金、銀、銅或鋁，其均勻包裹在紡織線的整個表面上；高分子絕緣層的材質(zhì)選自聚四 氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、乙烯四氟乙烯共 聚物、偏氟乙烯三氟乙烯共聚物、聚酰亞胺、聚對苯二甲酸乙二酯這些材料中的一種，其包 裹在導(dǎo)電層的表面上，并留下導(dǎo)電層的一個末端不予包裹且在此位置加工有電極。
【文檔編號】A41H43/00GK203841169SQ201420136188
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】周軍, 鐘俊文, 鐘其澤, 胡琦旖 申請人:華中科技大學(xué)