一种自供电摩擦结构及其制备方法和鞋垫
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202410394427.8 | 申请日 | 2024-04-02 |
| 公开(公告)号 | CN118252300A | 公开(公告)日 | 2024-06-28 |
| 申请人 | 安踏(中国)有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 樊威; 朱双虹; 车秋凌; 苏加明; 刘超; 孙莹; 史浩宇; 刘金霖; | 第一发明人 | 樊威 |
| 权利人 | 安踏(中国)有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 安踏(中国)有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：福建省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：福建省泉州市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：福建省泉州市晋江市池店镇东山工业区 | 邮编 | 当前专利权人邮编：362200 |
| 主IPC国际分类 | A43B17/00 | 所有IPC国际分类 | A43B17/00 ; A43B3/42 ; B32B27/28 ; B32B15/02 ; B32B15/20 ; B32B15/08 ; B29C69/00 ; B29C41/02 ; B29C65/02 ; H02N1/04 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 厦门龙格思汇知识产权代理有限公司 | 专利代理人 | 翁彩; |
| 摘要 | 本 发明 公开了一种自供电摩擦结构及其制备方法和 鞋 垫。其中，一种自供电摩擦结构，包括：负极结构，其包括依次连接的第一 负极材料 层、导电织物层和第二负极材料层，导电织物层位于第一负极材料层和第二负极材料层之间；正极结构，其包括彼此相连的 正极材料 层和 基层 ；和弹性柱，其数量若干，若干弹性柱均匀分布并连接第二负极材料层和正极材料层形成中空结构；第一负极材料层和第二负极材料层采用与正极材料层不同的 电极 性材料；负极结构、弹性柱和正极结构一体成型。本发明提供一种自供电摩擦结构及其制备方法和 鞋垫 ，该自供电摩擦结构工艺简单，一体 化成 型，具有高耐久性和稳定 电压 输出的特点，方便进行任意裁剪，适应大规模生产的需求。 | ||
| 权利要求 | 1.一种自供电摩擦结构，其特征是，包括： |
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| 说明书全文 | 一种自供电摩擦结构及其制备方法和鞋垫技术领域背景技术[0002] 随着现代社会生活水平的持续提高，人们对服装的期望已经不仅仅局限于其保暖和遮羞的基本功能，更追求时尚感和科技感。在这样的背景下，发光鞋作为一种兼具时尚与 科技的产物，受到了广大消费者的青睐。然而，目前市场上的发光鞋大多依赖于传统的电池 供电方式，如纽扣电池和可充电电池，这些电池的使用存在明显的局限性。首先，这些电池 的使用寿命相对较短，需要频繁更换，给用户带来了不便。其次，电池的充电和更换过程也 可能导致鞋子的损坏或性能下降，进一步影响了用户的使用体验。因此，开发一种新型的能 源供应技术，能够解决发光鞋的供电问题，成为了一个重要的研究方向。摩擦纳米发电机 (TENG)作为一种新型的能源技术，其独特的能源转换机制为解决这一问题提供了新的可 能。它能够将人体运动所产生的机械能转换成电能，为发光鞋等低功耗设备提供持续、稳定 的电源。人们在日常生活中，无论是走路还是跑步，都会产生大量的机械能，而这些机械能 正好可以被摩擦纳米发电机所利用。然而，目前的摩擦发电鞋体在技术上还存在一些问题 和挑战。首先，其工作原理虽然基本明确，即通过人体走路踩踏使盖板带动支撑体和弹簧压 缩，进而挤压摩擦发电部接触产生电流，但整体结构较为复杂，难以实现一体化设计和大规 模制备。其次，由于鞋体内部的机械部件较多，稳定性较差，容易受到外部环境和使用条件 的影响，导致耐疲劳度性能下降，使用寿命缩短。因此，为了充分发挥摩擦纳米发电机在发 光鞋等可穿戴设备中的应用潜力，需要进一步改进和优化其结构设计，提高设备的稳定性 和耐用性，降低生产成本，以实现大规模生产和广泛应用。 发明内容[0003] 本发明的目的在于克服背景技术中存在的上述缺陷或问题，提供一种自供电摩擦结构及其制备方法和鞋垫，这种自供电摩擦结构不仅制备工艺简单，而且实现了一体化成 型，具有高耐久性和稳定电压输出的特点，同时方便进行任意裁剪，适应大规模生产的需 求。 [0004] 为达成上述目的，本发明各个实施例采用如下技术方案但不限于下述方案： [0005] 第一技术方案涉及一种自供电摩擦结构，包括：负极结构，其包括依次连接的第一负极材料层、导电织物层和第二负极材料层，所述导电织物层位于第一负极材料层和第二 负极材料层之间；正极结构，其包括彼此相连的正极材料层和基层；和弹性柱，其数量若干， 若干所述弹性柱均匀分布并连接第二负极材料层和正极材料层形成中空结构，以隔离第二 负极材料层和正极材料层；所述第一负极材料层和第二负极材料层采用与正极材料层不同 的电极性材料；所述第一负极材料层适于被按压以使第二负极材料层克服弹性柱的弹性 力，并沿第一方向接触所述正极材料层进行摩擦产生电荷；当被按压的压力小于所述弹性 柱的弹性力时，所述弹性柱弹性回复，所述第一负极材料层沿第一方向的延伸方向相对正 极材料层移动并分离，产生电压，经所述导电织物层传导形成电流；所述负极结构、弹性柱 和正极结构一体成型。 [0008] 第四技术方案基于第一技术方案，其中，所述导电织物层为导电织物或者导电高分子聚合物。 [0010] 第六技术方案基于第一技术方案，其中，所述弹性柱为橡胶材料制作的橡胶管。 [0011] 第七技术方案基于第一技术方案，其中，所述基层为疏水层，其采用疏水高分子材料，所述基层厚度为0.5mm。 [0012] 第八技术方案基于第一技术方案，其中，所述自供电摩擦结构的形状为U型、O型、C型中的一种或者多种组合。 [0013] 第九技术方案基于第一至第八技术方案任一项，其中，一种鞋垫，包括鞋垫本体所述鞋垫本体的部分或者全部采用上述的一种自供电摩擦结构制作。 [0014] 第十技术方案基于第一至第八技术方案任一项，其中，一种自供电摩擦结构的制备方法，其用于制作上述的一种自供电摩擦结构，包括如下步骤：S1、负极结构的制备：将配 制好的负极聚合物分散液进行真空除气泡处理，然后均匀刮涂于第一模具中，并通过加热 形成负极聚合物半交联层；将这一半交联层平铺于导电织物层的一侧，并放入烤箱中进行 加热交联固化；以同样的步骤完成导电织物层另一侧的负极聚合物的交联固化，形成完整 的负极结构；S2、正极结构的制备：将配置好的疏水高分子材料分散液采用与步骤S1相同的 工艺进行真空除气泡处理，然后刮涂于第二模具中，并通过加热形成聚合物半交联层，随后 将这一半交联层平铺于正极材料层的一侧，并放入烤箱中进行加热交联固化，得到正极结 构；S3、自供电摩擦结构的制备：将若干高度一致的橡胶管均匀分布竖直放置在负极结构的 表面，并将步骤S1中配制好的负极聚合物分散液注入这些橡胶管中；将制备好的正极结构 放置在橡胶管的上方，并整体放入烤箱中进行加热交联固化，制备完成自供电摩擦结构。 [0016] 有益效果： [0017] 在第一技术方案及相关实施例中，该自供电摩擦结构通过一体成型的方式集成了负极结构、正极结构和若干弹性柱。其中，负极结构包括两层负极材料层之间夹有导电织物 层，而正极结构则由正极材料层和基层组成。弹性柱均匀分布并连接负极材料层和正极材 料层，形成中空结构。当该结构受到外界按压时，负极材料层能够克服弹性柱的弹性力，与 正极材料层接触摩擦产生电荷。而当压力减小或消失时，弹性柱弹性回复，使得负极材料层 与正极材料层分离，这一过程中机械能转化为电能。该电能通过导电织物层进行有效传导， 为相关设备提供电力支持。该技术实现了自供电功能，无需外部电源即可为设备提供稳定 的电力。同时，一体化成型的设计使得结构更为稳固，提高了其耐久性。此外，该结构方便进 行任意裁剪，适应大规模生产的需求，为可穿戴设备等领域提供了一种高效、可靠的能源供 应方案。 [0018] 在第二技术方案及相关实施例中，自供电摩擦结构通过选用具有电负性的高分子聚合物材料作为第一负极材料层和第二负极材料层，以及具有电正性的表面绝缘的导电纱 线或高分子聚合物材料作为正极材料层，实现了高效的能源转换。这种材料组合使得结构 在受到按压和分离的过程中能够产生电荷和电能，为可穿戴设备等提供稳定、可靠的电力 支持。同时，所选材料确保了结构的稳定性和耐久性，使得该自供电摩擦结构在实际应用中 具有更长的使用寿命和更好的性能表现。 [0019] 在第三技术方案及相关实施例中，采用聚二甲基硅氧烷、钛酸钡掺杂聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯、聚氯乙烯或氟橡胶等作为第一负极材料层和第二负极材料层的材料，结 合正极材料层的材料，这些材料均具有良好的电学性能，能够确保在受到外界按压和分离 的过程中，有效地产生电荷和电能，为可穿戴设备或其他电子设备提供稳定可靠的电力支 持。同时，这些材料也具有较高的耐久性和稳定性，能够在长期使用中保持其性能不变，延 长自供电摩擦结构的使用寿命。此外，聚二甲基硅氧烷等材料还具有优良的化学稳定性和 生物相容性，使得这种自供电摩擦结构能够在多种环境下安全、稳定地工作，扩大了其应用 范围。 [0020] 在第四技术方案及相关实施例中，采用导电织物或导电高分子聚合物作为导电织物层，这些导电织物和导电高分子聚合物都具有良好的导电性能，能够确保在自供电摩擦 结构工作过程中，有效地传导产生的电能，为相关设备提供稳定、可靠的电力支持。此外，导 电织物和导电高分子聚合物还具有一定的柔韧性和可裁剪性，能够适应不同形状和尺寸的 自供电摩擦结构需求，方便进行大规模生产和应用。 [0021] 在第五技术方案及相关实施例中，导电织物层负责传导自供电摩擦结构产生的电能。为了确保其性能优越且成本可控，导电织物可以选用了针织银布、机织银布和铜镍合金 布等材料，它们均具备出色的导电性能，能够高效地将电能传输至所需位置。同时，这些材 料在耐洗涤和舒适性方面也表现出色，确保了在长期使用中的稳定性和用户体验的舒适 度。在制备过程中，导电织物层的厚度不仅保证了导电性能的稳定，还实现了结构的轻薄 化，从而降低了整个自供电摩擦结构的重量和体积。此外，导电织物层的厚度还直接影响着 负极材料层在整体结构中的含量，可以进一步调控自供电摩擦结构的电学性能，如输出电 压、电流和功率等关键指标，以满足不同应用场景的需求。 [0022] 在第六技术方案及相关实施例中，采用橡胶材料制作的橡胶管作为弹性柱，橡胶管具有良好的弹性和回弹性，能够在受到按压时发生形变，并在压力消失后迅速恢复原状。 这使得自供电摩擦结构在受到外界压力时，能够顺利实现负极材料层与正极材料层的接触 与分离，从而产生电能。同时，橡胶管的弹性也保证了结构的稳定性和耐用性，能够长时间 保持良好的工作性能。 [0023] 在第七技术方案及相关实施例中，疏水高分子材料具有良好的疏水性能，能够有效地防止水分渗透到摩擦结构内部，从而保护内部结构免受潮湿环境的影响。这对于确保 自供电摩擦结构的稳定性和可靠性至关重要，特别是在湿度较高的环境中使用时。控制基 层的厚度为0.5mm，能够在保证疏水性能的同时，实现结构的轻薄化，有助于降低整个自供 电摩擦结构的重量和体积。 [0024] 在第八技术方案及相关实施例中，多种形状的设计使得自供电摩擦结构能够适应不同的应用场景和需求。U型、O型和C型都是常见的结构形状，它们可以根据实际需要进行 选择和组合，从而满足各种复杂形状和尺寸的要求。不同形状的结构可以适应不同的弯曲 和扭曲程度，使得自供电摩擦结构能够更好地贴合在可穿戴设备或其他物体上，提高能源 转换效率和使用舒适度。 [0025] 在第九技术方案及相关实施例中，采用该自供电摩擦结构制作鞋垫本体，实现了鞋垫的能源自给自足。自供电摩擦结构能够有效地将外界的按压和分离转化为电能，为鞋 垫内的可穿戴设备提供稳定的电力支持。这避免了传统鞋垫需要依赖外部电源供电的局限 性，提高了使用的便捷性和灵活性。鞋垫本体的部分或全部采用自供电摩擦结构制作，可以 选择将鞋垫的前掌部分或整个脚掌部分采用自供电摩擦结构制作，根据具体需求和应用场 景进行灵活调整。这款鞋垫采用一体化织物制成，整体结构紧密而完整，不含有任何机械部 件。这使得鞋垫具备了良好的回弹性、柔韧性以及可塑性，能够贴合不同脚型，提供舒适的 穿着体验。同时，其耐洗性和稳定性也十分优良，即便经过多次清洗，仍能保持原有的形状 和性能，确保长时间的使用效果。 [0026] 在第十技术方案及相关实施例中，该自供电摩擦结构的制备方法采用加热交联固化的方式，使得负极聚合物和疏水高分子材料能够形成稳定的半交联层，并牢固地附着在 导电织物层和正极材料上，通过等间距竖直放置橡胶管，并在其中注入负极聚合物分散液， 构建了自供电摩擦结构。整体工艺简单，易于操作。 附图说明 [0027] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域的 普通技术人员来说，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。 [0028] 图1为实施例自供电摩擦结构示意图； [0029] 图2为实施例鞋垫示意图； [0030] 图3为实施例鞋垫俯视图； [0031] 图4为实施例图负极聚合物分散液注入弹性柱示意图； [0032] 图5为实施例一1mm高度的弹性柱输出电压图； [0033] 图6为实施例一1mm高度的弹性柱整只鞋垫按压输出电压图； [0034] 图7对比样一1.5mm高度的弹性柱输出电压图； [0035] 图8对比样二0.5mm高度的弹性柱输出电压图。 [0036] 主要附图标记说明： [0037] 负极结构1；正极结构2；弹性柱3；第一负极材料层4；导电织物层5；第二负极材料层6；正极材料层7；基层8。 具体实施方式[0038] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的优选实施例，且不应被看作对其他实施例的排 除。基于本发明实施例，本领域的普通技术人员在不作出创造性劳动前提下所获得的所有 其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0040] 本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，对于方位词，如使用术语“中心”、“横向”、“纵向”、“水平”、“垂直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位或位置关系乃基于附图所示的方位和位置关系，且仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元 件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，所以也不能理解为限制本发明的具体 保护范围。 [0041] 本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“固接”或“固定连接”，应作广义理解，即两者之间没有位移关系和相对转动关系的任何连接方 式，也就是说包括不可拆卸地固定连接、可拆卸地固定连接、连为一体以及通过其他装置或 元件固定连接。 [0042] 本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。 [0043] 参见图1至图4，图1和图2示出了自供电摩擦结构示意图；如图1所示，一种自供电摩擦结构，包括负极结构1、正极结构2和弹性柱3。 [0044] 负极结构1，其包括依次连接的第一负极材料层4、导电织物层5和第二负极材料层6，导电织物层5位于第一负极材料层4和第二负极材料层6之间。 [0045] 第一负极材料层4和第二负极材料层6均采用相同的具有电负性的高分子聚合物材料。具体地，第一负极材料层4和第二负极材料层6采用的材料为聚二甲基硅氧烷，钛酸钡 掺杂聚二甲基硅氧烷，聚四氟乙烯，聚氯乙烯或氟橡胶其中一种。本实施例中，第一负极材 料层4和第二负极材料层6采用钛酸钡掺杂聚二甲基硅氧烷。 [0046] 导电织物层5为导电织物或者导电高分子聚合物。具体地，导电织物层5为针织银布、机织银布或铜镍合金布其中一种，其厚度为0.08mm。本实施例中，导电织物层5选用电阻 小于0.3Ω的铜镍合金布。 [0047] 本实施例中，采用导电织物或导电高分子聚合物作为导电织物层5，这些导电织物和导电高分子聚合物都具有良好的导电性能，能够确保在自供电摩擦结构工作过程中，有 效地传导产生的电能，为相关设备提供稳定、可靠的电力支持。此外，导电织物和导电高分 子聚合物还具有一定的柔韧性和可裁剪性，能够适应不同形状和尺寸的自供电摩擦结构需 求，方便进行大规模生产和应用。 [0048] 本实施例中，导电织物层5负责传导自供电摩擦结构产生的电能。为了确保其性能优越且成本可控，导电织物可以选用了针织银布、机织银布和铜镍合金布等材料，它们均具 备出色的导电性能，能够高效地将电能传输至所需位置。同时，这些材料在耐洗涤和舒适性 方面也表现出色，确保了在长期使用中的稳定性和用户体验的舒适度。在制备过程中，导电 织物层5的厚度不仅保证了导电性能的稳定，还实现了结构的轻薄化，从而降低了整个自供 电摩擦结构的重量和体积。此外，导电织物层5的厚度还直接影响着负极材料层在整体结构 中的含量，可以进一步调控自供电摩擦结构的电学性能，如输出电压、电流和功率等关键指 标，以满足不同应用场景的需求。 [0049] 正极结构2，其包括彼此相连的正极材料层7和基层8。 [0050] 正极材料层7则选用具有电正性的表面绝缘的导电纱线或高分子聚合物材料。第一负极材料层4和第二负极材料层6采用与正极材料层7不同的电极性材料。具体地，正极材 料层7采用的材料为银布、铜镍合金布或者高分子聚合物材料。 [0051] 本实施例中，自供电摩擦结构通过选用具有电负性的高分子聚合物材料作为第一负极材料层4和第二负极材料层6，以及具有电正性的表面绝缘的导电纱线或高分子聚合物 材料作为正极材料层7，实现了高效的能源转换。这种材料组合使得结构在受到按压和分离 的过程中能够产生电荷和电能，为可穿戴设备等提供稳定、可靠的电力支持。同时，所选材 料确保了结构的稳定性和耐久性，使得该自供电摩擦结构在实际应用中具有更长的使用寿 命和更好的性能表现。 [0052] 基层8，其为疏水层，其采用疏水高分子材料，基层8厚度为0.5mm。本实施例中，基层为PDMS溶液通过热固化形成的疏水层。 [0053] 本实施例中，PDMS溶液通过热固化形成的疏水层具有良好的疏水性能，能够有效地防止水分渗透到摩擦结构内部，从而保护内部结构免受潮湿环境的影响。这对于确保自 供电摩擦结构的稳定性和可靠性至关重要，特别是在湿度较高的环境中使用时。控制基层8 的厚度为0.5mm，能够在保证疏水性能的同时，实现结构的轻薄化，有助于降低整个自供电 摩擦结构的重量和体积。 [0054] 弹性柱3，如图1至图3所示，其数量若干，若干弹性柱3等间距均匀分布并连接第二负极材料层6和正极材料层7形成中空结构，以隔离第二负极材料层6和正极材料层7。具体 地，弹性柱3为橡胶材料制作的橡胶管。本实施例中，采用橡胶材料制作的橡胶管作为弹性 柱3，橡胶管具有良好的弹性和回弹性，能够在受到按压时发生形变，并在压力消失后迅速 恢复原状。这使得自供电摩擦结构在受到外界压力时，能够顺利实现负极材料层与正极材 料层7的接触与分离，从而产生电能。同时，橡胶管的弹性也保证了结构的稳定性和耐用性， 能够长时间保持良好的工作性能。 [0055] 负极结构1、弹性柱3和正极结构2一体成型。自供电摩擦结构的形状为U型、O型、C型中的一种或者多种组合。本实施例中，多种形状的设计使得自供电摩擦结构能够适应不 同的应用场景和需求。U型、O型和C型都是常见的结构形状，它们可以根据实际需要进行选 择和组合，从而满足各种复杂形状和尺寸的要求。不同形状的结构可以适应不同的弯曲和 扭曲程度，使得自供电摩擦结构能够更好地贴合在可穿戴设备或其他物体上，提高能源转 换效率和使用舒适度。本实施例中采用O型结构，其具有较好的封闭性和抗压性能，能够在 受到外界压力时保持结构的稳定性。 [0056] 以下为自供电摩擦结构的工作原理： [0057] 第一负极材料层4适于被按压以使第二负极材料层6克服弹性柱3的弹性力，并沿第一方向接触正极材料层7进行摩擦产生电荷；被按压的压力小于弹性柱3的弹性力时，弹 性柱3弹性回复，第一负极材料层4沿第一方向的延伸方向相对正极材料层7移动并分离，产 生电压，经导电织物层5传导形成电流。 [0058] 本实施例中，该自供电摩擦结构通过一体成型的方式集成了负极结构1、正极结构2和若干弹性柱3。其中，负极结构1包括两层负极材料层之间夹有导电织物层5，而正极结构 2则由正极材料层7和基层8组成。弹性柱3均匀分布并连接负极材料层和正极材料层7，形成 中空结构。当该结构受到外界按压时，负极材料层能够克服弹性柱3的弹性力，与正极材料 层7接触摩擦产生电荷。而当压力减小或消失时，弹性柱3弹性回复，使得负极材料层与正极 材料层7分离，这一过程中机械能转化为电能。该电能通过导电织物层5进行有效传导，为相 关设备提供电力支持。该技术实现了自供电功能，无需外部电源即可为设备提供稳定的电 力。同时，一体化成型的设计使得结构更为稳固，提高了其耐久性。此外，该结构方便进行任 意裁剪，适应大规模生产的需求，为可穿戴设备等领域提供了一种高效、可靠的能源供应方 案。 [0059] 一种鞋垫，其特征是，包括鞋垫本体，鞋垫本体的部分或者全部采用上述的自供电摩擦结构制作。若只是部分采用此结构，那么这部分通常放置在鞋垫的前掌部位，并通过缝 纫或粘贴的方式与鞋垫的其他部分紧密结合，从而形成一个完整的鞋垫。本实施例中，采用 该自供电摩擦结构制作鞋垫本体，实现了鞋垫的能源自给自足。自供电摩擦结构能够有效 地将外界的按压和分离转化为电能，为鞋垫内的可穿戴设备提供稳定的电力支持。这避免 了传统鞋垫需要依赖外部电源供电的局限性，提高了使用的便捷性和灵活性。鞋垫本体的 部分或全部采用自供电摩擦结构制作，可以选择将鞋垫的前掌部分或整个脚掌部分采用自 供电摩擦结构制作，根据具体需求和应用场景进行灵活调整。这款鞋垫采用一体化织物制 成，整体结构紧密而完整，不含有任何机械部件。这使得鞋垫具备了良好的回弹性、柔韧性 以及可塑性，能够贴合不同脚型，提供舒适的穿着体验。同时，其耐洗性和稳定性也十分优 良，即便经过多次清洗，仍能保持原有的形状和性能，确保长时间的使用效果。本实施例在 频率2Hz条件下，按压十万次，鞋垫的电压电流保持稳定。 [0060] 一种自供电摩擦结构的制备方法，包括如下步骤： [0061] S1、负极结构1的制备：将配制好的负极聚合物分散液进行真空除气泡处理，然后均匀刮涂于第一模具中，并通过加热形成负极聚合物半交联层；将这一半交联层平铺于导 电织物层5的一侧，并放入烤箱中进行加热交联固化；以同样的步骤完成导电织物层5另一 侧的负极聚合物的交联固化，形成完整的负极结构1； [0062] S2、正极结构2的制备：将配置好的疏水高分子材料分散液采用与步骤S1相同的工艺进行真空除气泡处理，然后刮涂于第二模具中，并通过加热形成聚合物半交联层，随后将 这一半交联层平铺于正极材料层7的一侧，并放入烤箱中进行加热交联固化，得到正极结构 2。 [0063] S3、自供电摩擦结构的制备：将若干高度一致的橡胶管等间距竖直放置在负极结构1的表面，并将步骤S1中配制好的负极聚合物分散液注入这些橡胶管中；将制备好的正极 结构2放置在橡胶管的上方，并整体放入烤箱中进行加热交联固化，制备完成自供电摩擦结 构。 [0064] 以上步骤中，第一模具和第二模具为表面平整光滑的聚丙烯板、金属板或者玻璃板。第一负极材料层4或第二负极材料层6的厚度可通过改变第一模具和第二模具边缘的厚 度来控制。 [0065] 实施例一 [0066] 第一负极材料层4和第二负极材料层6电负性的高分子聚合物材料为聚二甲基硅氧烷，导电织物层5采用铜镍合金布，正极材料层7则选用正电性的镀铜织物(铜镍合金布)， 基层8采用聚二甲基硅氧烷，弹性柱3采用直径5mm高度1mm的空心橡胶管(1mm硅管高度)。 [0067] 具体制备工艺如下： [0068] S1、负极结构1的制备：使用聚二甲基硅氧烷与固化剂，按照10:1的比例进行添加。为了提高摩擦层之间的接触分离发电效率，可以加入高介电材料钛酸钡，或者添加摩擦电 负极材料PTFE。接下来，将配置好的溶液充分混合并进行真空处理，以消除其中的气泡。随 后，将处理后的溶液倒入预先设计好的第一模具中，均匀涂抹成0.5mm的厚度。将第一模具 放入烘箱中，以70℃的温度烘烤8分钟，使其预固化。取出后，将裁剪好的合适大小的铜镍织 物贴合在预固化的材料上，轻轻按压以排出内部空气，确保两者紧密贴合。再次将鞋垫放入 烘箱中，以70℃的温度烘烤30分钟，使其完全固化。按照相同的步骤，完成导电织物层5另一 侧的负极聚合物的交联固化，最终形成完整的负极结构1。 [0069] S2、正极结构2的制备：将配置好的疏水聚合物分散液(聚二甲基硅氧烷)采用与步骤S1相同的工艺进行真空除气泡处理，然后刮涂于第二模具中，并通过加热形成疏水半交 联层；将这一半交联层平铺于镀铜织物一侧，并放入烤箱中进行加热交联固化，得到正极结 构2。 [0070] S3、自供电摩擦结构的制备：如图4所示，将直径5mm空心橡胶管切割为1mm长度，将其等间距(15mm)放入制备好的正负摩擦层中间作为接触分离的弹性隔绝材料；并将步骤S1 中配制好的负极聚合物分散液注入这些空心橡胶管中；最后将整体放入烤箱中进行加热交 联固化，制备完成自供电摩擦结构。 [0071] 如图5所示，通过测量设备上的按压头对实施例一的样本进行按压得到的输出电压，可以看出实施例一输出电压稳定。 [0072] 如图6所示，对整只鞋垫在按压后输出的电压，可以看出通过该制备方法制备的鞋垫输出电压稳定。 [0073] 对比样一 [0074] 对比样一与实施例一的区别在于弹性柱3的高度不同，本实施例中，弹性柱3采用直径5mm高度1.5mm空心橡胶管(1.5mm硅管高度)。 [0075] 如图7所示，通过测量设备上的按压头对对比样一的样本进行按压得到的输出电压。 [0076] 对比样二 [0077] 对比样二与实施例一的区别在于弹性柱3的高度不同，本实施例中，弹性柱3采用直径5mm高度0.5mm空心橡胶管(0.5mm硅管高度)。 [0078] 如图8所示，通过测量设备上的按压头对对比样二的样本进行按压得到的输出电压。 [0080] 上述说明书和实施例的描述，用于解释本发明保护范围，但并不构成对本发明保护范围的限定。通过本发明或上述实施例的启示，本领域普通技术人员结合公知常识、本领 域的普通技术知识和/或现有技术，通过合乎逻辑的分析、推理或有限的试验可以得到的对 本发明实施例或其中一部分技术特征的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的 保护范围之内。 |
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