一种自供电摩擦结构及其制备方法和鞋垫与流程

本发明涉及纺织，具体涉及一种自供电摩擦结构及其制备方法和鞋垫。背景技术：1、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。技术实现思路1、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。2、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：3、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。4、第二技术方案基于第一技术方案，其中，所述第一负极材料层和第二负极材料层均采用相同的具有电负性的高分子聚合物材料，所述正极材料层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。5、第三技术方案基于第二技术方案，其中，所述第一负极材料层和第二负极材料层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。6、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。7、第五技术方案基于第四技术方案，其中，所述导电织物为针织银布、机织银布或铜镍合金布其中一种，其厚度为0.08mm。8、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。9、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。10、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。11、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。12、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。13、由上述对本发明各个实施例的描述可知，相对于现有技术，本发明各个实施例具有如下14、有益效果：15、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。16、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。17、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。18、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。19、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。20、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。21、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。22、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。23、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。24、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。