【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料制备及应用，特别是涉及一种气泡辅助湿法纺丝装置、湿发电纤维材料及制备方法和应用。
技术介绍
1、自然界孕育了多种与水有关的材料，如蛛丝、猪笼草、仙人掌刺、神经纤维、肌肉纤维，具有安全、捕猎、集水、传感到自适应驱动等一系列不同的功能。众所周知，蜘蛛丝具有从潮湿空气中收集水分的神奇能力；猪笼草和仙人掌刺表面的齿状结构有利于收集和转移水分；神经纤维及肌肉纤维在水环境下产生的电学特征使科学家对水与电的转化方式越来越着迷，也激发了人们设计具有独特润湿性材料进行发电的灵感，在这些天然材料的启发下，人们以各种纺丝技术，制造出了大量具有可定制智能功能的仿生物纤维。然而，由于水发电材料通常需要进行分层结构设计，其几何特性能往往受到限制，这导致难以设计能与天然生物材料形貌相匹配。虽然可以通过材料微加工的手段(如3d打印)来进行匹配功能化结构，但制备大批量的纤维材料的仍是相对欠缺的，这甚至是限制其使用范围的一个更严重的问题。
2、最近，水伏发电技术，尤其是水蒸发诱导发电(weg)和湿气发电(meg)，因其自发直流输出而备受关注(参见文献：liu x,gao h,ward je,et al.power generation fromambient humidity using protein nanowires.nature.2020；578(7796):550-554.)。许多功能材料，如氧含量异质分布的氧化石墨烯薄膜、聚合物膜和细菌蛋白质纳米线，都已证明能够在与潮湿空气接触时产生电能。近年来，过渡金属二硫族化合物(tm
3、纺织品可作为水伏技术的理想载体。首先，织物在我们生活的各个方面都有广泛的应用，柔软、轻便、可持续的能量收集光电织物、热电织物等被认为具有巨大的应用前景。其次，由纤维制成的织物结构可以很容易地设计出可控的导湿性，如单导湿性织物，这有利于水力发电中水扩散的结构设计。目前人工纺丝技术包括干法纺丝、湿法纺丝、电纺丝、微流体纺丝、热拉伸和三维打印，已被用于制造具有各种结构和功能的纤维。其中，湿法纺丝为将纺丝液流入预先设计好的针头中然后喷射在凝固浴中然后形成不同结构的皮芯纤维的纺丝方法。然而，现有湿法纺丝方法的针头制造工艺复杂，通常单一针头只能生成一种形貌结构的纤维。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的一个或者多个技术问题，本专利技术提供了一种气泡辅助湿法纺丝装置、湿发电纤维材料及制备方法和应用，本专利技术提供的气泡辅助湿法纺丝装置仅通过改变通入气体的压力或流量即可得到多种形貌结构的纤维，以满足不同使用需求。
2、本专利技术在第一方面提供了一种气泡辅助湿法纺丝装置，所述气泡辅助湿法纺丝装置包括纺丝针头、纺丝液注入部件和气体注入部件；
3、所述纺丝针头包括内层通道和外层通道；所述内层通道用于插入金属丝；
4、所述纺丝液注入部件和所述气体注入部件通过所述外层通道的外壁与所述外层通道连通；
5、所述纺丝液注入部件用于控制纺丝液的推进速度；
6、所述气体注入部件用于控制通入所述气泡辅助湿法纺丝装置的气体压力，以得到具有不同形貌结构的纤维材料。
7、优选地，所述内层通道的直径为0.1～0.2mm；和/或
8、所述外层通道的直径为1.0～3.5mm。
9、优选地，所述气体注入部件包括气针、气体控制器和气体储存器；
10、所述气针直径为0.05～0.12mm；和/或
11、所述气针的出口与所述纺丝针头出口的距离为5～20mm。
12、本专利技术在第二方面提供了一种湿发电纤维材料，所述湿发电纤维材料包括采用第一方面所述的气泡辅助湿法纺丝装置制备得到的纤维材料。
13、优选地，所述纤维材料的形貌为圆柱形、空心纺锤结构、实心纺锤结构、棘齿结构、混合纺锤结构中的一种或多种；和/或
14、所述纤维材料为皮芯纤维，所述皮芯纤维的芯层为金属丝。
15、优选地，所述皮芯纤维的皮层包括海藻酸钠/二硫化钼插层复合材料；
16、优选的是，所述皮层中海藻酸钠和二硫化钼纳米片的质量比为1:0.1～2；
17、优选的是，所述二硫化钼纳米片的尺寸为100～600nm，厚度为1.0～3.0nm。
18、优选地，所述湿发电纤维材料还包括包覆在所述纤维材料表面的碳纳米管纤维。
19、本专利技术在第三方面提供了一种第二方面所述的湿发电纤维材料的制备方法，所述制备方法包括：
20、在气泡辅助湿法纺丝装置的内层通道中插入金属丝，并控制纺丝液的推进速度和通入气体的压力，进行湿法纺丝，得到纤维材料；
21、在所述纤维材料表面复合碳纳米管纤维，得到湿发电纤维材料。
22、优选地，所述纺丝液由二硫化钼纳米片、海藻酸钠和溶剂混合得到；
23、所述纺丝液的推进速度为0.5～10ml/min；和/或
24、所述通入气体的压力为0～100kpa。
25、本专利技术在第四方面提供了一种第二方面所述的湿发电纤维材料的应用，用于湿发电领域。
26、本专利技术与现有技术相比至少具有如下有益效果：
27、本专利技术提供的气泡辅助湿法纺丝装置中设置有与纺丝针头相连通的气体注入部件，通过气体注入部件将压缩气体通入纺丝针头的外层通道中，根据气压的分布情况而会产生单一连续小气泡，连续长气泡，气泡射流等，这些气泡在纺丝液从针头进入凝固浴后会影响纤维的成型，得到具有不同表面结构的纤维。本专利技术提供的气泡辅助湿法纺丝装置仅通过改变通入气体的压力或流量即可改变成型得到纤维的形貌结构，得到具有不同形貌结构(圆柱形、空心纺锤结构、实心纺锤结构、棘齿结构、混合纺锤结构)的纤维材料，克服了现有湿法纺丝装置中单一结构的针头只能成型一种形貌结构的纤维的问题，可以满足不同使用需求。
28、本专利技术通过设计的纺丝装置实现对纤维表面特殊形貌结构有目的地设计，并创新地将纤维与湿发电材料进行结合，得到具有不同形貌结构的湿发电纤维材料。基于不同形貌结构的湿发电纤维材料对水分的吸湿和放湿效果不同，可以实现不同的湿发电效果，扩展了纤维材料的多领域应用前景。
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1.一种气泡辅助湿法纺丝装置，其特征在于，所述气泡辅助湿法纺丝装置包括纺丝针头、纺丝液注入部件和气体注入部件；
2.根据权利要求1所述的气泡辅助湿法纺丝装置，其特征在于，所述内层通道的直径为0.1～0.2mm；和/或
3.根据权利要求1所述的气泡辅助湿法纺丝装置，其特征在于，所述气体注入部件包括气针、气体控制器和气体储存器；
4.一种湿发电纤维材料，其特征在于，所述湿发电纤维材料包括采用权利要求1-3任一项所述的气泡辅助湿法纺丝装置制备得到的纤维材料。
5.根据权利要求4所述的湿发电纤维材料，其特征在于，所述纤维材料的形貌为圆柱形、空心纺锤结构、实心纺锤结构、棘齿结构、混合纺锤结构中的一种或多种；和/或
6.根据权利要求5所述的湿发电纤维材料，其特征在于，所述皮芯纤维的皮层包括海藻酸钠/二硫化钼插层复合材料；
7.根据权利要求4所述的湿发电纤维材料，其特征在于，所述湿发电纤维材料还包括包覆在所述纤维材料表面的碳纳米管纤维。
8.一种权利要求4-7任一项所述的湿发电纤维材料的制备方法，其特征在于，所
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述纺丝液由二硫化钼纳米片、海藻酸钠和溶剂混合得到；
10.一种权利要求4-7任一项所述的湿发电纤维材料的应用，其特征在于，用于湿发电领域。
...【技术特征摘要】
1.一种气泡辅助湿法纺丝装置，其特征在于，所述气泡辅助湿法纺丝装置包括纺丝针头、纺丝液注入部件和气体注入部件；
2.根据权利要求1所述的气泡辅助湿法纺丝装置，其特征在于，所述内层通道的直径为0.1～0.2mm；和/或
3.根据权利要求1所述的气泡辅助湿法纺丝装置，其特征在于，所述气体注入部件包括气针、气体控制器和气体储存器；
4.一种湿发电纤维材料，其特征在于，所述湿发电纤维材料包括采用权利要求1-3任一项所述的气泡辅助湿法纺丝装置制备得到的纤维材料。
5.根据权利要求4所述的湿发电纤维材料，其特征在于，所述纤维材料的形貌为圆柱形、空心纺锤结构、实心纺锤结构...
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