一種含芯壓電纖維織物的制作方法
【專利摘要】一種由含芯壓電纖維編織或針織成的織物，將多根含芯壓電纖維沿同一直線方向或曲線平行編織或針織，或沿不同直線方向或曲線方向交叉編織或針織，或編織或針織成結(jié)并沿直線方向或曲線方向延伸，形成含有含芯壓電纖維區(qū)域，這一區(qū)域再和其他紡織纖維編織或針織成的區(qū)域編織或針織后，形成織物的一層或多層。這樣，織物中含有含芯壓電纖維的區(qū)域就可以用作傳感器或驅(qū)動(dòng)器。由于這種含芯壓電纖維織物具有柔軟、可折疊的性能，可以做成手套、背心、護(hù)腕帶、護(hù)踝帶、襪子等可穿戴結(jié)構(gòu)，穿戴在生物體身體上或機(jī)器人身體上，用作傳感器感知生物體內(nèi)部的健康狀況、生物體或機(jī)器人的動(dòng)作或外界的作用力；也可以用作驅(qū)動(dòng)器，把外界信號(hào)加在這種織物上，生物體通過(guò)感知織物的變形、振動(dòng)等，感知外界的信號(hào)；還可以用作聲波傳感器或驅(qū)動(dòng)器，感知外界的聲波或發(fā)射聲波。
【專利說(shuō)明】一種含芯壓電纖維織物

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種含芯壓電纖維織物，具體地，涉及一種含芯高分子壓電纖維編織或針織物。

【背景技術(shù)】
[0002]壓電材料具有正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)，利用壓電材料做成的壓電器件可以用作傳感器、驅(qū)動(dòng)器、變壓器或其它類型的換能器。
[0003]中國(guó)發(fā)明專利CN102084048A公開了一種線性電子傳感器，這種可以編織的傳感器裝置可以合并到服裝中，可以監(jiān)視人的運(yùn)動(dòng)，其中權(quán)利要求6提出所述電絲線的電子特性是壓電性的。但是，目前，世界上還沒(méi)發(fā)現(xiàn)具有壓電性的電絲線。
[0004]中國(guó)發(fā)明專利CNl70793A公開了一種金屬芯的壓電陶瓷纖維，其中權(quán)利要求13公開了壓電材料為聚偏氟乙烯(PVDF)或聚氯乙烯(PVC)含金屬芯壓電纖維。中國(guó)發(fā)明專利CN101304069A公開了一種部分涂布電極的含有金屬芯的壓電陶瓷纖維，其中權(quán)利要求9公開了壓電材料為壓電高分子材料的含金屬芯壓電纖維。上述中國(guó)發(fā)明專利中含有金屬芯的壓電高分子纖維，都是單獨(dú)作為傳感器或驅(qū)動(dòng)器或采集能量器使用，無(wú)法滿足大范圍的柔性使用要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種含芯壓電纖維織物，以克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷。該含芯壓電纖維織物，可以制成可穿戴的柔性服裝，用作傳感器，感知受力、變形、振動(dòng)、聲波、溫度等變化，也可以用作驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)服裝產(chǎn)生編碼信息，有效擴(kuò)大了含金屬芯壓電纖維作為傳感元件和驅(qū)動(dòng)元件的使用范圍。
[0006]上述目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種含芯壓電纖維織物，該織物中至少一層，或至少一層中的某一區(qū)域是由含芯壓電纖維和其它紡織纖維混合編織或針織而成，其中含芯壓電纖維包括至少一個(gè)內(nèi)部的導(dǎo)電芯和包裹在該導(dǎo)電芯上的具有壓電性能的高分子材料，該壓電纖維的表面部分地或全部涂布至少一個(gè)導(dǎo)電電極，該導(dǎo)電電極的外部覆蓋有柔軟的絕緣材料。
[0007]選擇地，所述織物為多根含芯壓電纖維沿同一直線方向或曲線平行編織或針織，或沿不同直線方向或曲線方向交叉編織或針織，或編織或針織成結(jié)并沿直線方向或曲線方向延伸。
[0008]具體地，所述導(dǎo)電芯位于纖維的中心位置，導(dǎo)電芯為金屬材料，該導(dǎo)電芯的橫截面為圓形或橢圓形或長(zhǎng)圓形或卵形或多邊形，或該導(dǎo)電芯為片狀或薄膜。
[0009]優(yōu)選地，所述具有壓電性能的高分子材料為聚偏氟乙烯(PVDF)，或聚氯乙烯，或含有聚偏氟乙烯(PVDF)或聚氯乙烯組分的復(fù)合材料。
[0010]具體地，所述纖維表面至少有一個(gè)導(dǎo)電電極，沿著纖維軸線方向連續(xù)或不連續(xù)地延伸，或在纖維表面呈螺旋形狀。[0011 ] 優(yōu)選地，所述壓電纖維表面導(dǎo)電電極為銦錫氧化物或石墨烯或銀納米線膜或其組合，或其它金屬材料。
[0012]具體地，所述所述壓電纖維表面導(dǎo)電電極的外部覆蓋有柔軟的絕緣材料為絕緣柔性環(huán)氧樹脂或絕緣柔性膠。
[0013]選擇地，所述含芯壓電纖維的橫截面呈圓形、橢圓形、長(zhǎng)圓形、卵形或多邊形。
[0014]具體地，所述織物至少有一個(gè)電路接口和外界相連，一個(gè)區(qū)域中的每根含芯壓電纖維的導(dǎo)電芯和表面電極通過(guò)2根金屬線電氣連接到電路接口上，或一個(gè)區(qū)域中的全部含芯壓電纖維電氣串聯(lián)或并聯(lián)后，通過(guò)2根金屬線電氣連接到電路接口上，金屬線也編織或針織到整個(gè)織物中。
[0015]選擇地，所述其它紡織纖維包括:棉紗纖維、聚酯纖維、晴綸纖維、聚丙烯纖維、和它們組合混紡纖維。
[0016]通過(guò)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的含芯壓電纖維織物可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的壓電元件的驅(qū)動(dòng)和傳感功能，可以用作驅(qū)動(dòng)器、傳感器、變壓器以及換能器等，尤其可以實(shí)現(xiàn)較大面積的傳感或驅(qū)動(dòng)功能，克服了現(xiàn)有的含金屬芯壓電纖維的應(yīng)用缺陷，從而具有顯著改善的傳感或驅(qū)動(dòng)能力。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明含芯壓電纖維織物中含芯壓電纖維的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明含芯壓電纖維織物的第一種實(shí)施方案示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)明含芯壓電纖維織物的第二種實(shí)施方案示意圖。
[0020]圖4為本發(fā)明含芯壓電纖維織物的第三種實(shí)施方案示意圖。
[0021]圖中:1含芯壓電纖維、2紡織纖維、101導(dǎo)電芯、102具有壓電性能的高分子材料、103表面電極、104柔軟的絕緣材料。

【具體實(shí)施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖描述本發(fā)明發(fā)明含芯壓電纖維織物的【具體實(shí)施方式】。
[0023]首先描述含芯壓電纖維的結(jié)構(gòu)，圖1顯示了所述含芯壓電纖維的結(jié)構(gòu)。
[0024]實(shí)施例1
[0025]如圖1所示，含芯壓電纖維包括導(dǎo)電芯101、具有壓電性能的高分子材料102、表面電極103、柔軟的絕緣材料104，導(dǎo)電芯棒101處于中心位置，導(dǎo)電芯101的橫截面呈圓形，當(dāng)然也可以是其它形狀，具有壓電性能的高分子材料102均勻地包裹在導(dǎo)電芯101上，具有壓電性能的高分子材料102的表面涂布有至少一個(gè)表面電極103，在纖維的表面包裹有柔軟的絕緣材料104。
[0026]實(shí)施例2
[0027]如圖2所示，多根含芯壓電纖維I沿不同直線方向交叉編織或針織，每根含芯壓電纖維的結(jié)構(gòu)和尺寸完全相同，沿同一直線方向的多根含芯壓電纖維相互平行，相鄰含芯壓電纖維之間的距離相等。
[0028]實(shí)施例3
[0029]如圖3所示，多根含芯壓電纖維I和多根其他紡織纖維2編織或針織成結(jié)。
[0030]實(shí)施例4
[0031]如圖4所示，織物中的幾個(gè)區(qū)域由多根含芯壓電纖維I編織或針織而成，其余區(qū)域由多根其他紡織纖維2編織或針織而成。
[0032]由上描述可見(jiàn)，本發(fā)明提供了一種由含芯壓電纖維編織或針織成的織物，具體地，將多根含芯壓電纖維沿同一直線方向或曲線平行編織或針織，或沿不同直線方向或曲線方向交叉編織或針織，或編織或針織成結(jié)并沿直線方向或曲線方向延伸，形成含有含芯壓電纖維區(qū)域，這一區(qū)域再和其他紡織纖維編織或針織成的區(qū)域編織或針織后，形成織物的一層。這樣，織物中含有含芯壓電纖維的區(qū)域就可以用作傳感器或驅(qū)動(dòng)器。由于這種含芯壓電纖維織物具有柔軟、可折疊的性能，可以做成手套、背心、護(hù)腕帶、護(hù)踝帶、襪子等可穿戴結(jié)構(gòu)，穿戴在生物體身體上或機(jī)器人身體上，用作傳感器感知生物體內(nèi)部的健康狀況、生物體或機(jī)器人的動(dòng)作或外界的作用力；也可以用作驅(qū)動(dòng)器，把外界信號(hào)加在這種織物上，生物體通過(guò)感知織物的變形、振動(dòng)等，感知外界的信號(hào)；還可以用作聲波傳感器或驅(qū)動(dòng)器，感知外界的聲波或發(fā)射聲波。
[0033]本技術(shù)方案的含芯壓電纖維，導(dǎo)電芯一般選用金屬材料，例如鉬金、金、鑰和鶴中的一者或兩者以上的合金。導(dǎo)電芯101的橫截面可以為圓形、橢圓形、長(zhǎng)圓形、卵形或多邊形。具有壓電性能的高分子材料102可以為聚偏氟乙烯(PVDF)，或聚氯乙烯，或含有聚偏氟乙烯(PVDF)或聚氯乙烯組分的復(fù)合材料。
[0034]一般地，本技術(shù)方案的含芯壓電纖維的截面可以呈圓形，也可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合的需要為橢圓形、長(zhǎng)圓形、卵形或多邊形。
[0035]一般地，本技術(shù)方案的含芯壓電纖維的表面電極沿著纖維軸線方向連續(xù)或不連續(xù)地延伸，或在纖維表面呈螺旋形狀，可以是金屬材料，也可以是銦錫氧化物或石墨烯或銀納米線膜或其組合
[0036]在上述【具體實(shí)施方式】中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，可以通過(guò)任何合適的方式進(jìn)行任意組合，其同樣落入本發(fā)明所公開的范圍之內(nèi)。同時(shí)，本發(fā)明的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。此外，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡(jiǎn)單變型，這些簡(jiǎn)單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.一種含芯壓電纖維織物，其特征是，該織物中至少一層，或至少一層中的某一區(qū)域是由含芯壓電纖維和其它紡織纖維混合編織或針織而成，其中所述含芯壓電纖維包括至少一個(gè)內(nèi)部的導(dǎo)電芯和包裹在該導(dǎo)電芯上的具有壓電性能的高分子材料，該壓電纖維的表面部分地或全部涂布至少一個(gè)導(dǎo)電電極，該導(dǎo)電電極的外部覆蓋有柔軟的絕緣材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含芯壓電纖維織物，其特征是，所述多根含芯壓電纖維沿同一直線方向或曲線平行編織或針織，或沿不同直線方向或曲線方向交叉編織或針織，或編織或針織成結(jié)并沿直線方向或曲線方向延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含芯壓電纖維織物，其特征是，所述導(dǎo)電芯位于纖維的中心位置，導(dǎo)電芯為金屬材料，該導(dǎo)電芯的橫截面為圓形或橢圓形或長(zhǎng)圓形或卵形或多邊形，或該導(dǎo)電芯為片狀或薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含芯壓電纖維織物，其特征是，所述具有壓電性能的高分子材料為聚偏氟乙烯(PVDF)，或聚氯乙烯，或含有聚偏氟乙烯(PVDF)或聚氯乙烯組分的復(fù)合材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含芯壓電纖維織物，其特征是，所述壓電纖維表面導(dǎo)電電極沿著纖維軸線方向連續(xù)或不連續(xù)地延伸，或在纖維表面呈螺旋形狀，表面導(dǎo)電電極為銦錫氧化物或石墨烯或銀納米線膜或其組合，或其它金屬材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含芯壓電纖維織物，其特征是，所述壓電纖維表面導(dǎo)電電極的外部覆蓋有柔軟的絕緣材料為絕緣柔性環(huán)氧樹脂或絕緣柔性膠。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含芯壓電纖維織物，其特征是，所述含芯壓電纖維的橫截面呈圓形、橢圓形、長(zhǎng)圓形、卵形或多邊形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含芯壓電纖維織物，其特征是，所述織物至少有一個(gè)電路接口和外界相連，一個(gè)區(qū)域中的每根含芯壓電纖維的導(dǎo)電芯和表面電極通過(guò)2根金屬線電氣連接到電路接口上，或一個(gè)區(qū)域中的全部含芯壓電纖維電氣串聯(lián)或并聯(lián)后，通過(guò)2根金屬線電氣連接到電路接口上，金屬線也編織或針織到整個(gè)織物中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含芯壓電纖維織物，其特征是，所述其它紡織纖維包括:棉紗纖維、聚酯纖維、晴綸纖維、聚丙烯纖維、和它們組合混紡纖維。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述多根含芯壓電纖維沿同一直線方向或曲線平行編織或針織，或沿不同直線方向或曲線方向交叉編織或針織，或編織或針織成結(jié)并沿直線方向或曲線方向延伸，其特征是，所述多根含芯壓電纖維的結(jié)構(gòu)和尺寸完全相同，沿同一直線或曲線方向的多根含芯壓電纖維之間的距離相等，沿直線或曲線方向延伸的結(jié)之間的距離相等。
【文檔編號(hào)】H01L25/04GK104233579SQ201310246719
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月20日
【發(fā)明者】邊義祥, 杜建周, 劉俊亮, 劉建, 沈輝, 陳遠(yuǎn)晟, 徐永安, 戴隆超, 王昌龍 申請(qǐng)人:揚(yáng)州思必得儀器設(shè)備有限公司