一种发电织物结构及其制备方法与流程

本发明涉及压电智能织物技术领域，特别涉及一种发电织物结构及其制备方法。

背景技术：

智能织物是通过跨学科和交互领域来研发而成的纺织品及成衣制品，需通过整合传感、驱动、电子、能量等因素对纺织结构进行创新。由于智能织物具有功能多、穿着轻巧舒适的特点，被视为高生活品质的促进者和生物医学发展的推进者。

发电织物结构可以因机械变形产生电场，也可以因电场作用产生机械变形，这种固有的机-电耦合效应使得压电材料已被用来制作智能结构，此类结构除具有自承载能力外，还具有自诊断性、自适应性和自修复性等功能。发电织物结构具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能，可应用于穿戴传感器、能量收集器及致动器等智能织物来使用。

在实现本发明的过程中，发明人发现相关技术至少存在以下问题：

相关技术提供的发电织物结构中，压电电势差从压电纱线的两端产生，当发电织物结构应用于智能织物后，很容易因用户的操作不当导致多根压电纱线相互接触，进而使得智能织物发生短路现象，严重影响用户对智能织物的用户体验。

技术实现要素：

针对相关技术存在的上述问题，本发明提供了一种发电织物结构及其制备方法，该发电织物结构的适用环境广泛，独特的织物结构能够避免短路现象的发生。本发明的技术方案如下：

根据本发明实施例的第一个方面，提供一种发电织物结构，所述发电织物结构包括第一导电织物、第二导电织物和连接纱线，所述第一导电织物和所述第二导电织物由导电纱线织造，所述第一导电织物和所述第二导电织物通过所述连接纱线连接，所述连接纱线具有芯层为芯电极，壳层为pvdf纤维的壳芯结构，所述连接纱线经极化处理，所述连接纱线中偶极子的方向由壳层指向芯层，所述第一导电织物和第二导电织物中的导电纱线通过导线连接。

在一个优选的实施例中，当所述发电织物结构发生形变时，所述连接纱线的壳层内表面和外表面之间因压电效应产生电荷并形成电势差，从而对外产生电流。

在一个优选的实施例中，所述发电织物结构处于工作状态时，所述芯电极作为输出电极，所述第一导电织物和第二导电织物中的导电纱线作为另一个电极。

在一个优选的实施例中，所述芯电极为炭黑/聚乙烯、石墨烯/聚乙烯、碳纳米管/聚乙烯中的至少一种。

在一个优选的实施例中，所述导电纱线为镀银导电丝、聚酰胺/不锈钢短纤维混纺纱中的一种。

根据本发明实施例的第二个方面，提供一种上述任意所述发电织物结构的制备方法，所述方法包括：

采用导电纱线分别织造第一导电织物和第二导电织物；

以芯电极作为芯层，pvdf纤维作为壳层制备得到具有壳芯结构的连接纱线；

将所述连接纱线的芯电极接地，采用6kv的电压极化4min，极化的电场方向从所述连接纱线的壳层指向芯层，极化后将连接纱线夹持于两块接地金属板之间进行表面去电荷处理5min，表面去电荷处理后的所述连接纱线中偶极子的方向由壳层指向芯层；

采用所述连接纱线连接所述第一导电织物和所述第二导电织物，将所述第一导电织物和第二导电织物中的导电纱线通过导线连接，得到发电织物结构。

与现有技术相比，本发明提供的发电织物结构及其制备方法具有以下优点：

本发明提供的一种发电织物结构及其制备方法，通过采用以芯电极作为芯层，pvdf纤维作为壳层的连接纱线与导电纱线织造的第一导电织物和第二导电织物共同制备发电织物结构，以极化后连接纱线中的芯电极作为输出电极，第一导电织物和第二导电织物中的导电纱线作为另一个电极，使得第一导电织物和第二导电织物受外力发生形变时，连接纱线的pvdf纤维壳层内表面和外表面之间因压电效应产生极性相反的电荷并形成电势差，从而产生电流，该发电织物结构用于智能织物后，由于压电电势差来自于pvdf纤维壳层的内外表面，独特的发电结构可避免短路现象的发生，且在潮湿或雨天环境下，连接纱线的pvdf纤维壳层外表面与导电纱线构成的电极得到更好地连接，从而提高pvdf纤维壳层外表面上电荷的收集效率。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并于说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种发电织物结构的截面示意图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种连接纱线的示意图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种发电织物结构的编织示意图。

图4是根据一示例性实施例示出的一种发电织物结构的制备方法的方法流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据一示例性实施例示出的一种发电织物结构的截面示意图，如图1所示，该发电织物结构包括第一导电织物100、第二导电织物200和连接纱线300，所述第一导电织物100和所述第二导电织物200由导电纱线织造，所述第一导电织物100和所述第二导电织物200通过所述连接纱线300连接，所述连接纱线300具有芯层为芯电极310，壳层为pvdf纤维320的壳芯结构，该连接纱线的示意图如图2所示；所述连接纱线300经极化处理，所述连接纱线300中偶极子的方向由壳层指向芯层，所述第一导电织物100和第二导电织物200中的导电纱线通过导线连接。

需要说明的是，芯电极310具备良好的导电性。本发明通过对具有芯层为芯电极310，壳层为pvdf纤维320的壳芯结构的连接纱线300进行极化处理，使得所述连接纱线300中偶极子的方向由壳层指向芯层。当连接纱线300受到外力变形时，连接纱线300会因压电效应而在壳层pvdf纤维320的内外表面产生电势差，从而具备发电功能。

需要说明的另一点是，该连接纱线300在经过极化处理后，还经过表面去电荷处理。在一种可能的实施方式中，连接纱线300可以夹持于两块接地金属板之间，从而使得连纱线300的壳层pvdf纤维320外表面产生的电荷被接地金属板吸除。

此外，本发明实施例提供的发电织物结构均由纱线构成，该发电织物结构应用于智能织物后，可提高智能织物的服用机械性和服用舒适性。

为了更好的对本发明实施例提供的发电织物结构进行说明，示出如图3所示的一种发电织物结构的编织示意图，该编织示意图中，导电纱线编织正面的第一导电织物100和反面的第二导电织物200，连接纱线300将第一导电织物100和第二导电织物200采用集圈的方式进行连接，从而使得连接纱线300的壳层pvdf纤维外表面与第一导电织物100和第二导电织物200中的导电纱线相接触。

在一个优选的实施例中，当所述发电织物结构发生形变时，所述连接纱线300的壳层内表面和外表面之间因压电效应产生电荷并形成电势差，从而对外产生电流。

在一个优选的实施例中，所述发电织物结构处于工作状态时，所述芯电极310作为输出电极，所述第一导电织物100和第二导电织物200中的导电纱线作为另一个电极。

在一个优选的实施例中，所述芯电极310为炭黑/聚乙烯、石墨烯/聚乙烯、碳纳米管/聚乙烯中的至少一种。

在一个优选的实施例中，所述导电纱线为镀银导电丝、聚酰胺/不锈钢短纤维混纺纱中的一种。

图4是根据一示例性实施例示出的一种发电织物结构的制备方法的方法流程图，如图4所示，该发电织物结构的制备方法包括：

步骤401：采用导电纱线分别织造第一导电织物和第二导电织物。

所述导电纱线为镀银导电丝、聚酰胺/不锈钢短纤维混纺纱中的一种。

步骤402：以芯电极作为芯层，pvdf纤维作为壳层制备得到具有壳芯结构的连接纱线。

步骤403：将连接纱线的芯电极接地，采用6kv的电压极化4min，极化的电场方向从连接纱线的壳层指向芯层，极化后将连接纱线夹持于两块接地金属板之间进行表面去电荷处理5min，表面去电荷处理后的连接纱线中偶极子的方向由壳层指向芯层。

所述芯电极为炭黑/聚乙烯、石墨烯/聚乙烯、碳纳米管/聚乙烯中的至少一种。

步骤404：采用所述连接纱线连接所述第一导电织物和所述第二导电织物，将所述第一导电织物和第二导电织物中的导电纱线通过导线连接，得到发电织物结构。

所述发电织物结构处于工作状态时，所述芯电极作为输出电极，所述第一导电织物和第二导电织物中的导电纱线作为另一个电极。

综上所述，本发明提供的一种发电织物结构及其制备方法，通过采用以芯电极作为芯层，pvdf纤维作为壳层的连接纱线与导电纱线织造的第一导电织物和第二导电织物共同制备发电织物结构，以极化后连接纱线中的芯电极作为输出电极，第一导电织物和第二导电织物中的导电纱线作为另一个电极，使得第一导电织物和第二导电织物受外力发生形变时，连接纱线的pvdf纤维壳层内表面和外表面之间因压电效应产生极性相反的电荷并形成电势差，从而产生电流，该发电织物结构用于智能织物后，由于压电电势差来自于pvdf纤维壳层的内外表面，独特的发电结构可避免短路现象的发生，且在潮湿或雨天环境下，连接纱线的pvdf纤维壳层外表面与导电纱线构成的电极得到更好地连接，从而提高pvdf纤维壳层外表面上电荷的收集效率。

具体实施例

实施例1

（1）采用镀银导电丝分别织造第一导电织物和第二导电织物。

（2）以炭黑/聚乙烯作为芯层，pvdf纤维作为壳层制备得到具有壳芯结构的连接纱线。

（3）将所述连接纱线的芯电极接地，采用6kv的电压极化4min，极化的电场方向从所述连接纱线的壳层指向芯层，极化后将连接纱线夹持于两块接地金属板之间进行表面去电荷处理5min，表面去电荷处理后的所述连接纱线中偶极子的方向由壳层指向芯层。

（4）采用所述连接纱线连接所述第一导电织物和所述第二导电织物，将所述第一导电织物和第二导电织物中的导电纱线通过导线连接，得到发电织物结构。

所述发电织物结构处于工作状态时，所述芯电极作为输出电极，所述第一导电织物和第二导电织物中的导电纱线作为另一个电极。

实施例2

（1）采用聚酰胺/不锈钢短纤维混纺纱分别织造第一导电织物和第二导电织物。

（2）以石墨烯/聚乙烯作为芯层，pvdf纤维作为壳层制备得到具有壳芯结构的连接纱线。

（3）将所述连接纱线的芯电极接地，采用6kv的电压极化4min，极化的电场方向从所述连接纱线的壳层指向芯层，极化后将连接纱线夹持于两块接地金属板之间进行表面去电荷处理5min，表面去电荷处理后的所述连接纱线中偶极子的方向由壳层指向芯层。

（4）采用所述连接纱线连接所述第一导电织物和所述第二导电织物，将所述第一导电织物和第二导电织物中的导电纱线通过导线连接，得到发电织物结构。

所述发电织物结构处于工作状态时，所述芯电极作为输出电极，所述第一导电织物和第二导电织物中的导电纱线作为另一个电极。

实施例3

（1）采用聚酰胺/不锈钢短纤维混纺纱分别织造第一导电织物和第二导电织物。

（2）以碳纳米管/聚乙烯作为芯层，pvdf纤维作为壳层制备得到具有壳芯结构的连接纱线。

（3）将所述连接纱线的芯电极接地，采用6kv的电压极化4min，极化的电场方向从所述连接纱线的壳层指向芯层，极化后将连接纱线夹持于两块接地金属板之间进行表面去电荷处理5min，表面去电荷处理后的所述连接纱线中偶极子的方向由壳层指向芯层。

（4）采用所述连接纱线连接所述第一导电织物和所述第二导电织物，将所述第一导电织物和第二导电织物中的导电纱线通过导线连接，得到发电织物结构。

所述发电织物结构处于工作状态时，所述芯电极作为输出电极，所述第一导电织物和第二导电织物中的导电纱线作为另一个电极。

本发明提供的发电织物结构，由于压电电势差来自于pvdf纤维壳层的内外表面，使得压电织物结构不存在短路的风险。该压电织物结构在潮湿或下雨环境下使用更有利，因为水将pvdf纤维壳层外表面与第一导电织物和第二导电织物中的导电纱线构成的电极更好地连接在一起，最大限度地收集pvdf纤维壳层外表面上产生的电荷。该发电织物结构可织入智能织物中，做智能织物中电子设备的电源。由于该发电织物结构全部用纱线做成，不会降低整体智能织物的服用机械性能和服用舒适性。

虽然，前文已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明做了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之进行修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的发明的后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。