【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于柔性电子器件，具体涉及一种全方位柔性滑动能量转换系统及全印刷制备方法。
技术介绍
1、随着物联网、可穿戴设备和智能传感器网络的迅速发展，对高效、可持续且微型化的能量转换系统的需求日益增长。然而，这些终端设备通常依赖电线或电池独立供电，导致接线复杂、频繁充电或更换电池等问题。能量转换系统在一定程度上能够解决这些问题，凭借其低成本、结构简单以及材料选择广泛等优势，被视为解决电子终端能源问题的潜在方案。然而，传统能量转换系统仍面临磨损严重、能量转换效率低以及设计和制造复杂等挑战，限制了其在实际应用中的推广。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种全方位柔性滑动能量转换系统及全印刷制备方法，该系统无需消耗额外电能，能高效地为可穿戴设备提供电力支持，并且具有耐用性和可靠性。
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种全方位柔性滑动能量转换系统，包括柔性基底层，在柔性基底层上通过丝网印刷工艺均匀沉积有含引出线的内圆电极，在内圆电极的引出线区域上印刷有隔绝层，并且柔性基底层印刷有与内圆电极呈环形嵌套结构的含引出线的外环电极；在柔性基底层上涂布印刷wpu/batio3复合油墨并完全覆盖内圆电极和外环电极，形成失电子层；在另一柔性基底层上涂布油墨形成得电子层；
4、失电子层和得电子层相对接触并移动时引发静电感应现象，内圆电极和外环电极产生电势差，电势差引起电子的移动从而产生电流，实现位移运动转化为电信号输出。
5、
6、步骤一：设计内外环形嵌套的电极结构和电极层和隔绝层的图案化丝网印版，对柔性基底层进行裁切，并去除表面灰尘与杂质；
7、步骤二：使用步骤一制作的丝网印版，依照设定好的内外环形嵌套的电极结构在柔性基底层上印刷导电油墨，印制得到含引出线的内圆电极，待印刷完成后，将其置于热台上干燥退火；
8、步骤三：将介电油墨通过丝网印刷沉积在内圆电极的引出线区域上，形成隔绝层，并在热台上干燥退火；
9、步骤四：将内圆电极进行定位，再通过丝网版叠印导电油墨覆盖在内圆电极上，印制得到含引出线的外环电极，然后在热台上干燥退火，完成平面化环形嵌套电极的制备；
10、步骤五：将水性聚氨酯/钛酸钡(wpu/batio3)复合油墨通过涂布印刷覆盖内圆电极和外环电极，形成失电子层，后置于热台上干燥退火，随后在另一柔性基底层上涂布功能性高分子油墨形成得电子层，并进行干燥退火处理，完成全方位柔性滑动能量转换系统的制备。
11、进一步的，步骤一所述丝网印版的网目线数为150～200l/in，网版间距为2～3mm；所述环形嵌套电极结构的内圆直径为4cm，外环宽度为3cm；所述柔性基底层为聚丙烯(pp)塑料片、聚亚酰胺(pi)塑料片、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)塑料片、相片纸、数码打样纸或白卡纸中的一种，柔性基底层裁剪的尺寸为8×45cm大小的长方形。
12、进一步的，步骤一所述柔性基底层去除表面灰尘与杂质的方式采用氮气加压吹洗。
13、进一步的，步骤二所述导电油墨为导电银油墨、导电石墨烯油墨或导电铜油墨中的一种。
14、进一步的，步骤二所述导电油墨印刷时的压力为0.25～0.45mpa，印刷速度为8～10cm/s，干燥退火的温度为80～120℃，时间为20～30min。
15、进一步的，步骤三所述介电油墨的材料为环氧树脂(ep)、聚氨酯(pu)、聚硅氧烷(si)或聚乙烯醇(pva)中的一种。
16、进一步的，步骤三和步骤四所述干燥退火的温度为80～120℃，时间为20～30min。
17、进一步的，步骤五所述水性聚氨酯/钛酸钡(wpu/batio3)复合油墨的制备过程为：取wpu并加入其质量6％～10％的batio3进行混合，在室温下超声处理1h，再以700rpm的速度机械搅拌12h后得到wpu/batio3复合油墨；所述功能性高分子油墨为氟化乙烯丙烯(fep)油墨、聚四氟乙烯(ptfe)油墨或聚二甲基硅氧烷(pdms)油墨中的一种。
18、进一步，步骤五所述干燥退火的温度为80～120℃，时间为20～30min。
19、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
20、本专利技术的电极层采用环形嵌套结构，其内侧电极为实心圆状，外部电极为圆环状，当得电子层沿着外环电极相切滑动时，会引发电荷转移现象，进而使得内圆电极与外环电极之间形成电势差。在电势差的驱动下，电子会从外环电极流向内圆电极，而与之相反的方向就是电流的方向，如此便实现了从机械能到电能的转换。通过这样不断地变化，实现了往复的电荷移动，即为完整的交流输出过程。电极层采用环形嵌套结构，得电子层在任意角度滑动时，都与两个电极呈现相切状态，因而能够从多个角度采集能量，实现全方位的能量转换，无需消耗额外电能，解决了电池驱动的问题。同时柔性基底层在受到外力作用时发生形变而不损坏，提高了其耐用性和可靠性。
21、本专利技术的电极层、隔绝层以及得失电子层均采用印刷的方式制备而成，具体而言，先是使用导电银油墨通过丝网印刷的方式制成薄膜，以此来充当平面化环形嵌套电极层；接着继续采用丝网印刷的方式，将介电油墨制成薄膜，使其充当隔绝层；然后运用wpu/batio3复合油墨进行涂布，所得到的薄膜则充当失电子层；在另一柔性基底层上涂布功能性高分子油墨形成得电子层。通过全印刷的方式将各功能层沉积在柔性基底上，形成一体化全方位柔性滑动能量转换系统。该制备工艺易于集成，能够轻松与各种柔性基底材料(如纺织品、塑料薄膜等)结合，实现多种应用场景的定制化需求。
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1.一种全方位柔性滑动能量转换系统，其特征在于，包括柔性基底层(6)，在柔性基底层(6)上通过丝网印刷工艺均匀沉积有含引出线的内圆电极(5)，在内圆电极(5)的引出线区域上印刷有隔绝层(4)，并且柔性基底层(6)上印刷有与内圆电极(5)呈环形嵌套结构的含引出线的外环电极(3)；在柔性基底层(6)上涂布印刷WPU/BaTiO3复合油墨并完全覆盖内圆电极(5)和外环电极(3)，形成失电子层(2)；在另一柔性基底层(6)上涂布油墨形成得电子层(1)；
2.一种如权利要求1所述全方位柔性滑动能量转换系统的全印刷制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种全方位柔性滑动能量转换系统的全印刷制备方法，其特征在于，步骤一所述丝网印版的网目线数为150～200l/in，网版间距为2～3mm；所述环形嵌套电极结构的内圆直径为4cm，外环宽度为3cm；所述柔性基底层(6)为聚丙烯(PP)塑料片、聚亚酰胺(PI)塑料片、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料片、相片纸、数码打样纸或白卡纸中的一种，柔性基底层(6)裁剪的尺寸为8×45cm大小的长方形。
<...【技术特征摘要】
1.一种全方位柔性滑动能量转换系统，其特征在于，包括柔性基底层(6)，在柔性基底层(6)上通过丝网印刷工艺均匀沉积有含引出线的内圆电极(5)，在内圆电极(5)的引出线区域上印刷有隔绝层(4)，并且柔性基底层(6)上印刷有与内圆电极(5)呈环形嵌套结构的含引出线的外环电极(3)；在柔性基底层(6)上涂布印刷wpu/batio3复合油墨并完全覆盖内圆电极(5)和外环电极(3)，形成失电子层(2)；在另一柔性基底层(6)上涂布油墨形成得电子层(1)；
2.一种如权利要求1所述全方位柔性滑动能量转换系统的全印刷制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种全方位柔性滑动能量转换系统的全印刷制备方法，其特征在于，步骤一所述丝网印版的网目线数为150～200l/in，网版间距为2～3mm；所述环形嵌套电极结构的内圆直径为4cm，外环宽度为3cm；所述柔性基底层(6)为聚丙烯(pp)塑料片、聚亚酰胺(pi)塑料片、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)塑料片、相片纸、数码打样纸或白卡纸中的一种，柔性基底层(6)裁剪的尺寸为8×45cm大小的长方形。
4.根据权利要求2所述的一种全方位柔性滑动能量转换系统的全印刷制备方法，其特征在于，步骤一所述柔性基底层(6)去除表面灰尘与杂质的方式采用氮气加压吹洗。
5.根据权利要求2所述的一种全方位柔性滑动能量...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘国栋，王嘉宁，王要李，张卓清，孟卿君，李志健，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：
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