具有發電功能的織物結構的制作方法

本發明涉及壓電智能織物領域，具體涉及一種具有發電功能的織物結構。

背景技術：

智能織物是通過跨學科和交互領域來研發而成的紡織品及成衣制品，需通過整合傳感、驅動、電子、能量等因素對紡織結構進行創新。由于智能織物具有功能多、穿著輕巧舒適的特點，被視為高生活品質的促進者和生物醫學發展的推進者。

壓電材料可以因機械變形產生電場，也可以因電場作用產生機械變形，這種固有的機-電耦合效應使得壓電材料已被用來制作智能結構，此類結構除具有自承載能力外，還具有自診斷性、自適應性和自修復性等功能。壓電智能織物，具有機械能與電能之間的轉換和逆轉換的功能，可作為穿戴傳感器、能量收集器及致動器來使用。

目前的發明專利中，已授權的發明專利cn101479582b公開了一種紡織物的力學傳感器，用于檢測紡織物的扭曲和/或張力和/或壓力，其采用信號轉換器來感測和轉換信號。已公開的發明專利cn102110772a將金屬芯的壓電陶瓷纖維固定在柔性電路板上，得到壓電陶瓷纖維智能夾層。已公開的發明專利cn102790549a在織物的外表面附有振動能量采集材料，采集環境振動或物體運動所產生的能量，并對外接電子產品供電。

然而，現有壓電材料在應用至智能織物時，往往無法滿足紡織物所需的透氣性和透濕性，從而導致智能織物不具備服用機械性能和服用舒適性。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發明提供了一種具有發電功能的織物結構。所述技術方案如下：

根據本發明實施例的第一方面，提供了一種具有發電功能的織物結構，所述織物結構包括：第一連接紗線電極（1）、壓電紗線（2）、普通紗線（3）、第一導電紗線電極（4）、第二導電紗線電極（5）和第二連接紗線電極（6）；

所述壓電紗線（2）位于所述第一導電紗線電極（4）與所述第二導電紗線電極（5）之間，且在所述織物結構中，所述壓電紗線（2）分別與所述第一導電紗線電極（4）、所述第二導電紗線電極（5）呈垂直分布，所述壓電紗線（2）分別與所述普通紗線（3）、所述第一連接紗線電極（1）、所述第二連接紗線電極（6）呈平行分布；

所述第一導電紗線電極（4）與所述第一連接紗線電極（1）連接，所述第二導電紗線電極（5）與所述第二連接紗線電極（6）連接；

所述第一導電紗線電極（4）和所述第二導電紗線電極（5）彼此相互絕緣，分別用于收集所述壓電紗線（2）發生形變時產生的異種電荷。

在一個優選的實施例中，所述壓電紗線（2）由壓電有機聚合物、壓電無機物或有機/無機復合物中的至少一種制成。

在一個優選的實施例中，所述壓電有機聚合物包括聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯三氟乙烯、聚酰胺、聚乙烯中的至少一種。

在一個優選的實施例中，所述壓電紗線（2）在用于制備所述織物結構前經過機械拉伸、熱處理或電場極化處理，以增強所述壓電紗線（2）的壓電性能。

在一個優選的實施例中，所述壓電無機物包含鋯鈦酸鉛及鈦酸鋇中的至少一種。

在一個優選的實施例中，所述壓電紗線（2）包括長絲無捻紗、長絲有捻紗、短纖維有捻紗中的至少一種，所述第一導電紗線電極（4）和所述第二導電紗線電極（5）中的紗線包括碳納米管紗線、石墨烯紗線、涂銀有機聚合物紗線或金屬絲紗線中的至少一種。

在一個優選的實施例中，所述織物結構包括針織物結構、機織物結構、非織造物結構或上述三種結構的復合。

在一個優選的實施例中，所述第一導電紗線電極（4）、第二導電紗線電極（5）以及所述壓電紗線（2）夾在兩層絕緣織物之間，所述兩層絕緣織物的材料包括聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯醇及聚酰胺中的至少一種，所述第一導電紗線電極（4）、第二導電紗線電極（5）以及所述壓電紗線（2）夾在兩層絕緣織物之間所采用的工藝包括針織縫編及粘合工藝。

在一個優選的實施例中，所述織物結構在織成后還通過機械拉伸、熱處理或電場極化處理以增強其壓電性能。

在一個優選的實施例中，所述第一導電紗線電極（4）、第二導電紗線電極（5）分別由導電紗線相連，所述第一導電紗線電極（4）、第二導電紗線電極（5）由導電紗線相連的工藝包括紗線編結、紗線之間焊接工藝。

與現有技術相比，本發明提供的具有發電功能的織物結構具有以下優點：

本發明提供的具有發電功能的織物結構通過壓電紗線（2）位于第一導電紗線電極（4）與第二導電紗線電極（5）之間，且在織物結構中，壓電紗線（2）分別與第一導電紗線電極（4）、第二導電紗線電極（5）呈垂直分布，壓電紗線（2）分別與普通紗線（3）、第一連接紗線電極（1）、第二連接紗線電極（6）呈平行分布；第一導電紗線電極（4）與第一連接紗線電極（1）連接，第二導電紗線電極（5）與第二連接紗線電極（6）連接；第一導電紗線電極（4）和第二導電紗線電極（5）彼此相互絕緣，分別用于收集壓電紗線（2）發生形變時產生的異種電荷，使得壓電紗線（2）受外力作用產生形變時，壓電紗線（2）兩側生成的異種電荷分別被第一導電紗線電極（4）和第二導電紗線電極（5）收集，從而將壓電紗線（2）上的機械能轉化為電能，該織物結構全部用紗線構成，具有良好的服用機械性能如拉伸、壓縮、回彈和彎曲等；也具有良好的服用性能如透氣性和透濕性等，可用于制備服裝、地毯、鞋墊、床上用品或運動器材，也可收集穿用者物理活動導致織物的機械變形并轉化為電能進行供電，或用于智能健康監測器等用途。

應當理解的是，以上的一般描述和后文的細節描述僅是示例性的，并不能限制本公開。

附圖說明

此處的附圖被并入說明書中并構成本說明書的一部分，示出了符合本發明的實施例，并于說明書一起用于解釋本發明的原理。

圖1是根據一示例性實施例示出的一種具有發電功能的織物結構的示意圖。

圖2是根據一示例性實施例示出的一種壓電紗線與第一導電紗線電極、第二導電紗線電極的截面示意圖。

圖3是根據一示例性實施例示出的一種靜電紡pvdf-trfe納米纖維雙股線在織物結構中的示意圖。

具體實施方式

以下結合具體實施例（但不限于所舉實施例)與附圖詳細描述本發明，本實施例的具體方法僅供說明本發明，本發明的范圍不受實施例的限制，本發明在應用中可以作各種形態與結構的修改與變動，這些基于本發明基礎上的等價形式同樣處于本發明申請權利要求保護范圍。

圖1是根據一示例性實施例示出的一種具有發電功能的織物結構的示意圖，如圖1所示，該具有發電功能的織物結構包括：第一連接紗線電極（1）、壓電紗線（2）、普通紗線（3）、第一導電紗線電極（4）、第二導電紗線電極（5）和第二連接紗線電極（6）；所述壓電紗線（2）位于所述第一導電紗線電極（4）與所述第二導電紗線電極（5）之間，且在所述織物結構中，所述壓電紗線（2）分別與所述第一導電紗線電極（4）、所述第二導電紗線電極（5）呈垂直分布，所述壓電紗線（2）分別與所述普通紗線（3）、所述第一連接紗線電極（1）、所述第二連接紗線電極（6）呈平行分布；所述第一導電紗線電極（4）與所述第一連接紗線電極（1）連接，所述第二導電紗線電極（5）與所述第二連接紗線電極（6）連接；所述第一導電紗線電極（4）和所述第二導電紗線電極（5）彼此相互絕緣，分別用于收集所述壓電紗線（2）發生形變時產生的異種電荷。

需要說明的是，為了更好地對具有發電功能的織物結構中壓電紗線（2）與所述第一導電紗線電極（4）、所述第二導電紗線電極（5）之間的分布方式進行說明，還示出了如圖2所示的壓電紗線與第一導電紗線電極、第二導電紗線電極的截面示意圖，包括壓電紗線（2）、普通紗線（3）、第一導電紗線電極（4）以及第二導電紗線電極（5）。

在圖2中，第一導電紗線電極（4）的截面與第二導電紗線電極（5）的截面分別處于壓電紗線（2）的兩側。

在一個優選的實施例中，所述壓電紗線（2）由壓電有機聚合物、壓電無機物或有機/無機復合物中的至少一種制成。

在一個優選的實施例中，所述壓電有機聚合物包括聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯三氟乙烯、聚酰胺、聚乙烯中的至少一種。

在一個優選的實施例中，所述壓電紗線（2）在用于制備所述織物結構前經過機械拉伸、熱處理或電場極化處理，以增強所述壓電紗線（2）的壓電性能。

在一個優選的實施例中，所述壓電無機物包含鋯鈦酸鉛及鈦酸鋇中的至少一種。

在一個優選的實施例中，所述壓電紗線（2）包括長絲無捻紗、長絲有捻紗、短纖維有捻紗中的至少一種。

需要說明的是，在一個可行的實施例中，壓電紗線（2）可以選用靜電紡pvdf-trfe納米纖維雙股線，采用該材料作為壓電紗線（2）制備得到的具有發電功能的織物結構如圖3中的a所示，該織物結構的掃描電鏡圖片如圖3中的b所示，該織物結構中靜電紡pvdf-trfe納米纖維雙股線的結構圖如圖3中的c所示。

在一個優選的實施例中，所述第一導電紗線電極（4）和所述第二導電紗線電極（5）中的紗線包括碳納米管紗線、石墨烯紗線、涂銀有機聚合物紗線或金屬絲紗線中的至少一種。

在一個優選的實施例中，所述織物結構包括針織物結構、機織物結構、非織造物結構或上述三種結構的復合。

在一個優選的實施例中，所述第一導電紗線電極（4）、第二導電紗線電極（5）以及所述壓電紗線（2）夾在兩層絕緣織物之間。

在一個優選的實施例中，所述兩層絕緣織物的材料包括聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯醇及聚酰胺中的至少一種。

在一個優選的實施例中，所述第一導電紗線電極（4）、第二導電紗線電極（5）以及所述壓電紗線（2）夾在兩層絕緣織物之間所采用的工藝包括針織縫編及粘合工藝。

在一個優選的實施例中，所述織物結構在織成后還通過機械拉伸、熱處理或電場極化處理以增強其壓電性能。

在一個優選的實施例中，所述第一導電紗線電極（4）、第二導電紗線電極（5）分別由導電紗線相連。

在一個優選的實施例中，所述第一導電紗線電極（4）、第二導電紗線電極（5）由導電紗線相連的工藝包括紗線編結、紗線之間焊接工藝。

本發明實施例提供的具有發電功能的織物結構在被應用至智能織物中時，當穿著者進行生理活動的過程中，織物結構內的壓電紗線（2）發生形變，將使得壓電紗線（2）的兩側產生異種電荷，其中一側產生的異種電荷經由第一導電紗線點擊（4）輸送至第一連接紗線電極（1），另一側產生的異種電荷經由第二導電紗線點擊（5）輸送至第二連接紗線電極（6），第一連接紗線電極（1）和第二連接紗線電極（6）可分別與存儲電荷的設備進行連接，從而將獲取的異種電荷進行存儲，實現智能織物的發電功能。此外，本發明實施例提法的織物結構主要由紗線構成，從而保證了織物結構在應用于智能織物中時，能夠使得智能織物保持良好的服用機械性能和服用舒適性能。

綜上所述，本發明提供的具有發電功能的織物結構通過壓電紗線（2）位于第一導電紗線電極（4）與第二導電紗線電極（5）之間，且在織物結構中，壓電紗線（2）分別與第一導電紗線電極（4）、第二導電紗線電極（5）呈垂直分布，壓電紗線（2）分別與普通紗線（3）、第一連接紗線電極（1）、第二連接紗線電極（6）呈平行分布；第一導電紗線電極（4）與第一連接紗線電極（1）連接，第二導電紗線電極（5）與第二連接紗線電極（6）連接；第一導電紗線電極（4）和第二導電紗線電極（5）彼此相互絕緣，分別用于收集壓電紗線（2）發生形變時產生的異種電荷。使得壓電紗線（2）受外力作用產生形變時，壓電紗線（2）兩側生成的異種電荷分別被第一導電紗線電極（4）和第二導電紗線電極（5）收集，從而將壓電紗線（2）上的機械能轉化為電能，該織物結構全部用紗線構成，具有良好的服用機械性能如拉伸、壓縮、回彈和彎曲等；也具有良好的服用性能如透氣性和透濕性等，可用于制備服裝、地毯、鞋墊、床上用品或運動器材，也可收集穿用者物理活動導致織物的機械變形并轉化為電能進行供電，或用于智能健康監測器等用途。

本領域技術人員在考慮說明書及實踐這里的發明的后，將容易想到本發明的其它實施方案。本發明旨在涵蓋本發明的任何變型、用途或者適應性變化，這些變型、用途或者適應性變化遵循本發明的一般性原理并包括本發明未公開的本技術領域中的公知常識或慣用技術手段。應當理解的是，本發明并不局限于上面已經描述并在附圖中示出的精確結構，并且可以在不脫離其范圍進行各種修改和改變。