本發(fā)明涉及智能穿戴設(shè)備及納米能源，特別涉及一種耐水洗的摩擦納米發(fā)電機織物及其制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、隨著物聯(lián)網(wǎng)與智能時代的加速推進，分布式傳感網(wǎng)絡(luò)和可穿戴電子設(shè)備對可持續(xù)供能技術(shù)提出了更高要求。傳統(tǒng)電池供電方式在柔性兼容性、環(huán)境適應(yīng)性和續(xù)航能力方面存在局限，而太陽能、熱電器件等新能源技術(shù)受限于環(huán)境依賴性或輸出性能不足。在此背景下，融合摩擦起電與靜電感應(yīng)效應(yīng)的摩擦納米發(fā)電機（teng）展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢：其通過低成本、易加工的特性，可將人體運動、環(huán)境振動等低頻機械能高效轉(zhuǎn)化為電能，為個性化健康監(jiān)測、軟體機器人、虛擬現(xiàn)實等新興領(lǐng)域提供創(chuàng)新能源解決方案。盡管teng在材料普適性和機械能采集方面具有突破性進展，但其輸出性能的優(yōu)化仍是拓展醫(yī)療電子、智能織物等高端應(yīng)用場景的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。當前研究聚焦于從微觀界面調(diào)控到宏觀器件設(shè)計的協(xié)同創(chuàng)新，旨在突破能量轉(zhuǎn)換效率瓶頸，推動自供電柔性系統(tǒng)向高靈敏度、高可靠性和實用化方向邁進。
2、研究的摩擦納米發(fā)電機因其結(jié)構(gòu)的局限性，多數(shù)采用平面薄膜復(fù)合結(jié)構(gòu)，基底通常為硬質(zhì)的亞克力模具，導(dǎo)致摩擦納米發(fā)電機器件整體柔韌性差，透氣性不佳，若是穿著在身上會產(chǎn)生較大的異物感，例如中國專利cn113315407b，公開了一種基于摩擦納米發(fā)電機的電能收發(fā)系統(tǒng)，其中驅(qū)動組件包括固定座和推板；為了更好的收集人體運動的機械能，摩擦納米發(fā)電機與人的身體共形裝配成為主要攻克難題，柔性納米發(fā)電機織物成為研究熱點。但目前研究的柔性摩擦納米發(fā)電機織物存在一定的穩(wěn)定性缺陷，其摩擦層材料因反復(fù)的機械作用會發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，或缺乏有效的疏水處理而導(dǎo)致整體的耐水洗性差，通常水洗2次后輸出性能會衰減30%以上，無法將循環(huán)穩(wěn)定性與耐水洗性相結(jié)合，例如，文獻報道了基于紡織技術(shù)的摩擦式納米發(fā)電機的機洗和透氣壓力傳感器（machine-washable?andbreathable?pressure?sensors?based?on?triboelectric?nanogenerators?enabled?bytextile?technologies[j].?nano?energy,?2020,?70104528-104528.），實現(xiàn)了機洗2次后仍能保持原有性能的90%，但穩(wěn)定性測試的循環(huán)次數(shù)只有200次。除上述兩點外，目前的柔性摩擦納米發(fā)電機織物因其工藝的復(fù)雜性，通常導(dǎo)電纖維與摩擦層結(jié)合多采用涂層或共擠法，該結(jié)合方法會存在制備工藝復(fù)雜，對制備設(shè)備要求高，生產(chǎn)成本高等問題，例如中國專利cn116043385a，公開了一種自供電納米纖維包覆紗及其制備方法，其中器件的芯紗需要經(jīng)過脈沖加熱使聚氨酯發(fā)泡，外包紗則是需要雙電極靜電紡絲進行制備，紡絲結(jié)束后還需進行脈沖加熱完成退火步驟，才能得到成品器件，整個器件制備流程對設(shè)備要求高，且制備工藝較為繁瑣，不適合大規(guī)模、批量化生產(chǎn)制造。
3、因此，現(xiàn)有技術(shù)仍有待改進和發(fā)展。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種耐水洗的摩擦納米發(fā)電機織物及其制備方法與應(yīng)用，旨在解決現(xiàn)有摩擦納米發(fā)電機織物無法兼顧耐水洗性和穩(wěn)定性的難題。
2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
3、第一方面，提供一種耐水洗的摩擦納米發(fā)電機織物，所述摩擦納米發(fā)電機織物為復(fù)合纖維單體組成的三維經(jīng)緯編織結(jié)構(gòu)，孔隙率為0-25%；
4、其中，所述復(fù)合纖維單體為核殼結(jié)構(gòu)，包括導(dǎo)電核層與摩擦殼層；
5、所述導(dǎo)電核層為表面具有微米級溝槽結(jié)構(gòu)的介電纖維材料；
6、所述摩擦殼層為表面帶有紋路的聚合物納米纖維材料。
7、優(yōu)選的技術(shù)方案，所述導(dǎo)電核層的直徑為220-300μm；所述摩擦殼層的厚度為25-500μm。
8、優(yōu)選的技術(shù)方案，所述介電纖維材料的彈性模量≥230gpa，電阻率≤1.6×10-3ω?cm。
9、優(yōu)選的技術(shù)方案，所述介電纖維材料的表面粗糙度ra為0.8-1.5μm。
10、優(yōu)選的技術(shù)方案，所述介電纖維材料為碳纖維束，所述碳纖維束由200-800根碳纖維組成；
11、其中，所述碳纖維的直徑為5-25μm；所述碳纖維經(jīng)氮等離子體刻蝕處理，表面形成微米級溝槽結(jié)構(gòu)。
12、優(yōu)選的技術(shù)方案，所述聚合物納米纖維材料的表面的紋路為平紋或網(wǎng)格。
13、優(yōu)選的技術(shù)方案，所述聚合物納米纖維材料的材質(zhì)選自聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚二偏氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚氯乙烯中的一種或多種。
14、第二方面，提供一種如第一方面所述的摩擦納米發(fā)電機織物的制備方法，包括步驟：
15、提供復(fù)合纖維單體；
16、將所述復(fù)合纖維單體通過經(jīng)緯正交編織，控制孔隙率為0-25%，得到所述的摩擦納米發(fā)電機織物。
17、優(yōu)選的技術(shù)方案，所述復(fù)合纖維單體的制備方法，包括：
18、將介電纖維材料兩端固定在旋轉(zhuǎn)筒兩端，使所述介電纖維材料保持繃直狀態(tài)并與所述旋轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)動軸重合；
19、制備條狀的聚合物納米纖維材料；
20、將所述條狀的聚合物納米纖維材料與所述介電纖維材料粘合，使二者夾角為15-80°；
21、開啟所述旋轉(zhuǎn)筒，使所述條狀的聚合物納米纖維材料包纏在所述介電纖維材料上，得到所述復(fù)合纖維單體。
22、優(yōu)選的技術(shù)方案，所述旋轉(zhuǎn)筒開啟后，轉(zhuǎn)速為10-150rpm。
23、優(yōu)選的技術(shù)方案，所述條狀的聚合物納米纖維材料的尺寸為：寬3-20mm，長70-150mm，厚度25-500μm。
24、優(yōu)選的技術(shù)方案，所述條狀的聚合物納米纖維材料包纏在所述介電纖維材料上的螺距為0-3mm。
25、優(yōu)選的技術(shù)方案，所述聚合物納米纖維材料的制備方法，包括：將聚合物粉末溶于有機溶劑中形成紡絲溶液，通過靜電紡絲制備得到所述聚合物納米纖維材料。
26、第三方面，提供一種如第一方面所述的摩擦納米發(fā)電機織物在智能穿戴設(shè)備中的應(yīng)用。
27、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的摩擦納米發(fā)電機織物兼具高電能輸出性和可穿戴水洗等實用性，其編織的特性能夠與人體共形裝配，十分適用于智能穿戴設(shè)備中運動機械能的收集與轉(zhuǎn)換，能直接集成于服裝關(guān)節(jié)部位，如肘部和膝部等，可以與常規(guī)紡織品兼容編織，保持外觀和服用性能與常規(guī)服裝相似，同時為相關(guān)智能穿戴設(shè)備提供電能。此外，本發(fā)明的摩擦納米發(fā)電機織物制備工藝簡單，成本低，可以批量化生產(chǎn)。
1.一種耐水洗的摩擦納米發(fā)電機織物，其特征在于，所述摩擦納米發(fā)電機織物為復(fù)合纖維單體組成的三維經(jīng)緯編織結(jié)構(gòu)，孔隙率為0-25%；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦納米發(fā)電機織物，其特征在于，所述導(dǎo)電核層的直徑為220-300μm；所述摩擦殼層的厚度為25-500μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦納米發(fā)電機織物，其特征在于，所述介電纖維材料的彈性模量≥230gpa，電阻率≤1.6×10-3ω?cm；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦納米發(fā)電機織物，其特征在于，所述介電纖維材料為碳纖維束，所述碳纖維束由200-800根碳纖維組成；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦納米發(fā)電機織物，其特征在于，所述聚合物納米纖維材料的表面的紋路為平紋或網(wǎng)格；
6.一種如權(quán)利要求1-5任一項所述的摩擦納米發(fā)電機織物的制備方法，其特征在于，包括步驟：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的摩擦納米發(fā)電機織物的制備方法，其特征在于，所述復(fù)合纖維單體的制備方法，包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的摩擦納米發(fā)電機織物的制備方法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)筒開啟后，轉(zhuǎn)速為10-150rpm；所述條狀的聚合物納米纖維材料的尺寸為：寬3-20mm，長70-150mm，厚度25-500μm；所述條狀的聚合物納米纖維材料包纏在所述介電纖維材料上的螺距為0-3mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的摩擦納米發(fā)電機織物的制備方法，其特征在于，所述聚合物納米纖維材料的制備方法，包括：將聚合物粉末溶于有機溶劑中形成紡絲溶液，通過靜電紡絲制備得到所述聚合物納米纖維材料。
10.一種如權(quán)利要求1-8任一項所述的摩擦納米發(fā)電機織物在智能穿戴設(shè)備中的應(yīng)用。