基于管状螺旋编织结构的可拉伸纺织基摩擦纳米发电机

本申请涉及纺织，特别涉及一种基于管状螺旋编织结构的可拉伸纺织基摩擦纳米发电机。

背景技术：

1、自2012年以来，摩擦纳米发电机逐渐受到广泛关注，并与其他学科相结合，产生了多个发展方向，包括电子织物、造纸及自驱动化学/环境传感器等智能器件，拓展了摩擦纳米发电机的应用范围。

2、纺织基摩擦纳米发电机是研究方向之一，其融合了纺织品的柔性和可穿戴性以及摩擦纳米发电机的集能和传感功能，可应用于个人健康及生物医学检测、人工电子皮肤及可穿戴人机交互等。随着纺织基摩擦纳米发电机的发展，对纺织器件的可拉伸性、高效、轻量化、舒适和柔性的要求在不断提高，其中可拉伸性是可穿戴纺织品最容易响应人体运动的变形，也是绝大多数纺织品舒适性的重要标志。

3、然而，目前关于可拉伸纺织基摩擦纳米发电机的研究并不完善，制备方式较为局限，且采用材料种类多、制作流程长、工艺复杂，限制了可拉伸纺织基摩擦纳米发电机在集能或传感领域的推广。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种基于管状螺旋编织结构的可拉伸纺织基摩擦纳米发电机，以解决上述现有技术存在的问题，进而提高纺织基摩擦纳米发电机的可拉伸性能和可穿戴性能、简化制作流程、减少材料使用种类。

2、为实现上述目的，本申请采用的技术方案为：

3、一种基于管状螺旋编织结构的可拉伸纺织基摩擦纳米发电机，包括芯纱和位于所述芯纱外周的外编织层，所述外编织层由至少三根摩擦编织纱相互交缠编织形成若干个螺旋编织结构发电单元，每个所述螺旋编织结构发电单元至少包括三根平行纱以及两条螺旋编织链；其中，所述芯纱为橡胶管，所述摩擦编织纱包括摩擦电极性不同的第一摩擦编织纱以及第二摩擦编织纱。

4、在一种可能的实现方式中，所述第一摩擦编织纱为柔性导电纱，所述第二摩擦编织纱为介电纤维材料。

5、在一种可能的实现方式中，所述第一摩擦编织纱至少包括镀银导电纱、银纤维、石墨烯纤维、碳纤维中的一种；所述第二摩擦编织纱至少包括聚酰胺长丝、涤纶、棉、羊毛中的一种。

6、在一种可能的实现方式中，所述第一摩擦编织纱采用作为负摩擦材料的镀银导电纱，所述第二摩擦编织纱采用作为正摩擦材料的聚酰胺长丝。

7、在一种可能的实现方式中，所述镀银导电纱为通过在聚酰胺长丝外表面涂覆银涂层制备得到的聚酰胺导电纱。

8、在一种可能的实现方式中，所述外编织层由三根摩擦编织纱相互交缠编织形成，所述三根摩擦编织纱包括一根第一摩擦编织纱以及两根第二摩擦编织纱。

9、在一种可能的实现方式中，所述外编织层由三根摩擦编织纱相互交缠编织形成，所述三根摩擦编织纱包括两根第一摩擦编织纱以及一根第二摩擦编织纱。

10、在一种可能的实现方式中，所述螺旋编织链为编织过程中相邻两根纱线之间由于交织而形成的呈螺旋链状的连续的编织交汇点，所述连续的编织交汇点由于交织形成了突起缠绕于所述芯纱表层的所述螺旋编织链，而相邻的所述螺旋编织链之间则为紧密排列的所述平行纱。

11、本申请提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

12、本申请利用管状螺旋编织结构的较大可变形性以及弹性芯纱的弹性回复性能实现了该基于管状螺旋编织结构的可拉伸纺织基摩擦纳米发电机的超弹性和较高的柔性；对其进行拉伸回复，即可依靠第一摩擦编织纱与第二摩擦编织纱的接触分离产生电信号，完全不需要依靠与其他材料进行摩擦或接触分离；对其施加触碰、按压等外作用力，亦可产生电信号，提高了纺织基摩擦纳米发电机的可拉伸性能，简化了器件结构，制备方法简便，可利用现有设备进行大规模生产，减少了材料使用种类，且所用材料普遍易获取，大大降低了加工成本和材料成本。

技术特征：

1.一种基于管状螺旋编织结构的可拉伸纺织基摩擦纳米发电机，其特征在于，包括芯纱和位于所述芯纱外周的外编织层，所述外编织层由至少三根摩擦编织纱相互交缠编织形成若干个螺旋编织结构发电单元，每个所述螺旋编织结构发电单元至少包括三根平行纱以及两条螺旋编织链；

2.根据权利要求1所述的基于管状螺旋编织结构的可拉伸纺织基摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第一摩擦编织纱为柔性导电纱，所述第二摩擦编织纱为介电纤维材料。

3.根据权利要求2所述的基于管状螺旋编织结构的可拉伸纺织基摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第一摩擦编织纱至少包括镀银导电纱、银纤维、石墨烯纤维、碳纤维中的一种；所述第二摩擦编织纱至少包括聚酰胺长丝、涤纶、棉、羊毛中的一种。

4.根据权利要求3所述的基于管状螺旋编织结构的可拉伸纺织基摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第一摩擦编织纱采用作为负摩擦材料的镀银导电纱，所述第二摩擦编织纱采用作为正摩擦材料的聚酰胺长丝。

5.根据权利要求4所述的基于管状螺旋编织结构的可拉伸纺织基摩擦纳米发电机，其特征在于，所述镀银导电纱为通过在聚酰胺长丝外表面涂覆银涂层制备得到的聚酰胺导电纱。

6.根据权利要求1所述的基于管状螺旋编织结构的可拉伸纺织基摩擦纳米发电机，其特征在于，所述外编织层由三根摩擦编织纱相互交缠编织形成，所述三根摩擦编织纱包括一根第一摩擦编织纱以及两根第二摩擦编织纱。

7.根据权利要求1所述的基于管状螺旋编织结构的可拉伸纺织基摩擦纳米发电机，其特征在于，所述外编织层由三根摩擦编织纱相互交缠编织形成，所述三根摩擦编织纱包括两根第一摩擦编织纱以及一根第二摩擦编织纱。

8.根据权利要求1所述的基于管状螺旋编织结构的可拉伸纺织基摩擦纳米发电机，其特征在于，所述螺旋编织链为编织过程中相邻两根纱线之间由于交织而形成的呈螺旋链状的连续的编织交汇点，所述连续的编织交汇点由于交织形成了突起缠绕于所述芯纱表层的所述螺旋编织链，而相邻的所述螺旋编织链之间则为紧密排列的所述平行纱。

技术总结
本申请关于一种基于管状螺旋编织结构的可拉伸纺织基摩擦纳米发电机，涉及纺织领域。本申请利用管状螺旋编织结构的较大可变形性以及弹性芯纱的弹性回复性能实现了该基于管状螺旋编织结构的可拉伸纺织基摩擦纳米发电机的超弹性和较高的柔性；对其进行拉伸回复，即可依靠第一摩擦编织纱与第二摩擦编织纱的接触分离产生电信号，完全不需要依靠与其他材料进行摩擦或接触分离；对其施加触碰、按压等外作用力，亦可产生电信号，提高了纺织基摩擦纳米发电机的可拉伸性能，简化了器件结构，制备方法简便，可利用现有设备进行大规模生产，减少了材料使用种类，且所用材料普遍易获取，大大降低了加工成本和材料成本。

技术研发人员：陈丽君,陈超余,王府梅,沈雷,任祥放
受保护的技术使用者：江南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15