(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210511213.5 (22)申请日 2022.05.11 (71)申请人 东华大学 地址 201620 上海市松江区松江新城人民 北路2999号 (72)发明人 李耀刚　吴耐言　龚维　陆可薇　 侯成义　王宏志　张青红　 (74)专利代理 机构 上海泰能知识产权代理事务 所(普通合伙) 3123 3 专利代理师 黄志达 (51)Int.Cl. H02N 1/04(2006.01) G01D 21/02(2006.01) G01D 5/12(2006.01) A61B 5/024(2006.01) (54)发明名称 一种基于固液摩擦发电的柔性自驱动传感 纤维及其制备和应用 (57)摘要 本发明涉及一种基于固液摩擦发电的柔性 自驱动传感纤维及其制备和应用， 所述柔性自驱 动传感纤维包括柔性可拉伸电极皮层、 固液界面 摩擦电芯层。 本发明实现了柔性自驱动多功能传 感纤维的连续化制备， 对多种环 境敏感的磁流体 材料赋予其多功能实时监测能力， 在自驱动多功 能传感领域具有良好的应用前 景。 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 CN 115051591 A 2022.09.13 CN 115051591 A 1.一种柔性自驱动传感纤维， 其特征在于， 所述柔性自驱动传感纤维包括柔性可拉伸 电极皮层、 固液界面摩擦电芯层； 其中所述 柔性可拉伸电极 皮层为离 子水凝胶电极； 所述固液界面摩擦电芯层包括水基 磁流体和内壁疏 水的中空聚合物纤维。 2.根据权利要求1所述柔性自驱动传感纤维， 其特征在于， 所述离子水凝胶电极材料中 含氯盐； 其中 氯盐为氯化钠NaCl、 氯化钾KCl、 氯化镁MgCl2、 氯化钙CaCl2中的一种或几种。 3.根据权利要求1所述柔性自驱动传感纤维， 其特征在于， 所述水基磁流体置于内壁疏 水的中空聚合物纤维内。 4.根据权利要求1所述柔性自驱动传感纤维， 其特征在于， 所述内壁疏水的中空聚合物 纤维为中空 聚合物纤维内壁设有疏水层； 中空 聚合物纤维材料为聚偏二氟乙烯三氟乙烯共 聚物P(VDF ‑TrFE)、 硅橡胶Silicone、 聚苯乙烯PS、 聚乳酸PLA、 聚酰胺6PA6、 聚氨酯P U中的一 种或几种。 5.一种柔 性自驱动传感纤维的制备 方法， 包括： (1)内壁疏水的中空聚合物纤维内注入水基磁流体， 密封， 得到固液界面的摩擦电芯 层； (2)固液界面的摩擦电芯层进行等离子体处理， 然后在外部套直径大于摩擦电芯层的 中空软管模具， 并使摩擦电芯层与软管模具之间存在空隙， 接着向空隙中注满液态的离子 水凝胶， 固化， 软 管模具剥离， 得到柔 性自驱动传感纤维。 6.根据权利要求5所述制备方法， 其特征在于， 所述步骤(1)中内壁疏水的中空聚合物 纤维由下列方法制备， 包括： 将 中空聚合物纤维进行等离子体处理， 然后将纤维一端密封， 注满质量百分浓度为50％ ‑100％的硅基超疏水涂层原液， 浸渍后倒出， 烘干， 注满质量百分 浓度为2％ ‑5％的酸性全氟癸基三甲氧基硅烷乙醇溶液， 浸渍后倒出， 烘干， 获得内壁疏水 的中空聚合物纤维。 7.根据权利 要求6所述制备方法， 其特征在于， 所述等离子体处理时间为8 ‑20min； 所述 密封为热 熔胶密封； 所述浸渍时间均为10 ‑30s； 烘干均为5 0‑70℃下烘干 3‑8min。 8.根据权利要求5所述制备方法， 其特征在于， 所述步骤(1)中内壁疏水的中空聚合物 纤维内注入体积为 40％‑90％水基 磁流体。 9.根据权利要求5所述制备方法， 其特征在于， 所述步骤(2)中等离子体处理时间为8 ‑ 20min； 所述固化 紫外固化10 ‑20min， 紫外光功率 为40kw‑60kw。 10.一种权利要求1所述柔性自驱动传感纤维的应用， 其特征在于， 包括在磁场 监测、 噪 音监测、 脉搏检测或智能可穿戴人机交 互中的应用。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115051591 A 2一种基于固液摩擦发电的柔性自驱动传感纤维及其制备和 应用 技术领域 [0001]本发明属于传感器及其制备和应用领域， 特别涉及一种基于固液摩擦发电的柔性 自驱动传感纤维及其制备和应用。 背景技术 [0002]随着信息时代的到来和科学技术的快速发展， 各种功能的传感设备已广泛应用于 生产和生活中， 人们日常使用的传感设备越来越倾向于小型化、 便捷化， 可穿戴传感设备也 应运而生， 并在健康监测、 环境监测、 危险预警、 工业安全等领域有着广泛的应用前景。 然 而， 目前大部分无线传感器仍然采用传统的电池来供电， 其需要频繁更换电池， 维护成本 高， 而且废旧电池也会对环境造成一定的污染。 因此， 亟需一种无污染、 贴合度好、 可伸缩的 多功能自驱动传感设备。 [0003]自驱动传感是一种无 需外部供电、 从环境中获取能源进行自供电的一种新型传感 方式， 这为可穿戴的传感器供电问题提供了一种新的解决方案。 摩擦纳米发电机作为一种 机械能收集装置， 一方面可以收集多种形式的机械能并将其转化为电能来驱动其他电子元 器件； 另一方面利用其对环境扰动的敏感特性， 其本身也可以作为自驱动传感器来使用， 因 此在智能可穿戴传感领域备受关注。 经过多年的发展， 科研人员开发出了多种基于摩擦纳 米发电机的自供能传感设备， 并成功的应用于运动传感、 位置传感、 离子浓度检测、 环境监 测、 压力传感、 气体检测等领域[Nano  Energy,2 020,72:23 7‑249]。 然而， 这些设备的传感能 力和变形能力有限， 无法实现对多个场景 的多功能传感。 同时传统的固固界面摩擦纳米发 电机存在循环稳定性差、 使用寿命短输出性能较差等一系列问题， 难以满足智能可穿戴传 感设备快速发展的需求。 总之， 可连续化制备 的基于固液摩擦起电的柔性自驱动多功能传 感器件是目前迫切需要 而尚未被开发的研究热点。 发明内容 [0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种基于固液摩擦发电的柔性自驱动传感纤 维及其制备和应用， 克服现有技术中纤维传感器件传感模式单一， 稳定性差， 电磁屏蔽强， 电输出性能低的缺 点。 [0005]本发明的一种柔性自驱动传感纤维， 所述柔性自驱动传感纤维包括柔性可拉伸电 极皮层、 固液界面摩擦电芯层； [0006]其中所述 柔性可拉伸电极 皮层为导电离子水凝胶电极； [0007]所述固液界面摩擦电芯层包括水基磁流体和内壁疏水的中空聚合物纤维。 其结构 如说明书附图1a所示。 [0008]所述离子水凝胶电极材料中含氯盐； 其中氯盐为氯化钠NaCl、 氯化钾 KCl、 氯化镁 MgCl2、 氯化钙CaCl2中的一种或几种。 [0009]所述柔性可拉伸电极为离子水凝胶电极， 通过添加氯盐调控电导率， 选取了兼具说　明　书 1/6 页 3 CN 115051591 A 3