1.一种智能鞋垫,其特征在于,所述智能鞋垫包含多个柔性阿基米德螺旋摩擦纳米发电机,所述柔性阿基米德螺旋摩擦纳米发电机的摩擦正电层和摩擦负电层均带有阿基米德螺旋线型凸起结构;摩擦正电层和摩擦负电层面对面设置,初始状态时摩擦正电层和摩擦负电层处于分离状态;摩擦正电层和摩擦负电层在完全接触时,两者的阿基米德螺旋线型凸起和对应的凹陷结构能够完整嵌合;
其中,所述阿基米德螺旋线型凸起结构:直径40 mm、厚度1-1.5 mm;
所述摩擦正电层为CNT/BTO@BC膜结构摩擦层;制备方法如下:
取2 g MWCNT和1 g BaTiO3分散于细菌纤维素悬浮液中在800 rpm下搅拌30 min,得到CNT/BTO@BC均质体系;随后,CNT/BTO@BC均质体系在室温下通过真空抽滤和溶剂蒸发手段,制得CNT/BTO@BC纳米纤维素摩擦层;最后,通过聚丙烯模板浇筑、剥离和激光切割工艺,制得阿基米德螺旋CNT/BTO@BC纳米纤维素摩擦层;
所述摩擦负电层为PEDOT:PSS@PDMS弹性摩擦层;制备方法如下:
取1.4 mL PEDOT:PSS溶液加入到10 mL 二甲基亚砜中在600 rpm下搅拌1 h;随后,取10 g PDMS主剂,向其中缓慢加入1 g PDMS助剂和上述PEDOT:PSS溶液,在室温下磁力搅拌30 min,经真空脱泡,制得二元PEDOT:PSS1@PDMS弹性分散体系;取10 mL前述PEDOT:PSS@PDMS弹性分散体系浇筑于聚对苯二甲酸乙二酯阿基米德螺旋线模板,在75 ℃条件下高温固化2 h,制得厚度精确控制的导电高分子/弹性体自支撑阿基米德螺旋PEDOT:PSS@PDMS弹性摩擦层;PEDOT:PSS溶液的浓度为1~1.3 wt%。
2.根据权利要求1所述的智能鞋垫,其特征在于,所述柔性阿基米德螺旋摩擦纳米发电机还包括与摩擦正电层贴合的第一电极层、与摩擦负电层贴合的第二电极层;所述第一电极层固定在顶部柔性基底上,第二电极层固定在底部柔性基底上;可选地,顶部柔性基底与底部柔性基底连为一体,形成柔性支撑骨架。
3.根据权利要求2所述的智能鞋垫,其特征在于,所述第一电极层和第二电极层为柔性电极层;可选地,所述第一电极层和第二电极层为导电织物;可选地,所述柔性支撑骨架为有机玻璃基材。
4.一种提高摩擦纳米发电机性能的方法,其特征在于,所述摩擦纳米发电机包括摩擦正电层和摩擦负电层,所述方法是将摩擦正电层和摩擦负电层设置成均带有阿基米德螺旋线型凸起结构;摩擦正电层和摩擦负电层面对面设置,初始状态时摩擦正电层和摩擦负电层处于分离状态;摩擦正电层和摩擦负电层在完全接触时,两者的阿基米德螺旋线型凸起和对应的凹陷结构能够完整嵌合;
其中,所述阿基米德螺旋线型凸起结构:直径40 mm、厚度1-1.5 mm;
所述摩擦正电层为CNT/BTO@BC膜结构摩擦层;制备方法如下:
取2 g MWCNT和1 g BaTiO3分散于细菌纤维素悬浮液中在800 rpm下搅拌30 min,得到CNT/BTO@BC均质体系;随后,CNT/BTO@BC均质体系在室温下通过真空抽滤和溶剂蒸发手段,制得CNT/BTO@BC纳米纤维素摩擦层;最后,通过聚丙烯模板浇筑、剥离和激光切割工艺,制得阿基米德螺旋CNT/BTO@BC纳米纤维素摩擦层;
所述摩擦负电层为PEDOT:PSS@PDMS弹性摩擦层;制备方法如下:
取1.4 mL PEDOT:PSS溶液加入到10 mL 二甲基亚砜中在600 rpm下搅拌1 h;随后,取10 g PDMS主剂,向其中缓慢加入1 g PDMS助剂和上述PEDOT:PSS溶液,在室温下磁力搅拌30 min,经真空脱泡,制得二元PEDOT:PSS1@PDMS弹性分散体系;取10 mL前述PEDOT:PSS@PDMS弹性分散体系浇筑于聚对苯二甲酸乙二酯阿基米德螺旋线模板,在75 ℃条件下高温固化2 h,制得厚度精确控制的导电高分子/弹性体自支撑阿基米德螺旋PEDOT:PSS@PDMS弹性摩擦层;PEDOT:PSS溶液的浓度为1~1.3 wt%。
5.一种用于分析人体运动类型或者运动特征的装置,其特征在于,其利用了柔性阿基米德螺旋摩擦纳米发电机;柔性阿基米德螺旋摩擦纳米发电机的摩擦正电层和摩擦负电层均带有阿基米德螺旋线型凸起结构;摩擦正电层和摩擦负电层面对面设置,初始状态时摩擦正电层和摩擦负电层处于分离状态;摩擦正电层和摩擦负电层在完全接触时,两者的阿基米德螺旋线型凸起和对应的凹陷结构能够完整嵌合;
其中,所述阿基米德螺旋线型凸起结构:直径40 mm、厚度1-1.5 mm;
所述摩擦正电层为CNT/BTO@BC膜结构摩擦层;制备方法如下:
取2 g MWCNT和1 g BaTiO3分散于细菌纤维素悬浮液中在800 rpm下搅拌30 min,得到CNT/BTO@BC均质体系;随后,CNT/BTO@BC均质体系在室温下通过真空抽滤和溶剂蒸发手段,制得CNT/BTO@BC纳米纤维素摩擦层;最后,通过聚丙烯模板浇筑、剥离和激光切割工艺,制得阿基米德螺旋CNT/BTO@BC纳米纤维素摩擦层;
所述摩擦负电层为PEDOT:PSS@PDMS弹性摩擦层;制备方法如下:
取1.4 mL PEDOT:PSS溶液加入到10 mL 二甲基亚砜中在600 rpm下搅拌1 h;随后,取10 g PDMS主剂,向其中缓慢加入1 g PDMS助剂和上述PEDOT:PSS溶液,在室温下磁力搅拌30 min,经真空脱泡,制得二元PEDOT:PSS1@PDMS弹性分散体系;取10 mL前述PEDOT:PSS@PDMS弹性分散体系浇筑于聚对苯二甲酸乙二酯阿基米德螺旋线模板,在75 ℃条件下高温固化2 h,制得厚度精确控制的导电高分子/弹性体自支撑阿基米德螺旋PEDOT:PSS@PDMS弹性摩擦层;PEDOT:PSS溶液的浓度为1~1.3 wt%。
6.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,利用柔性阿基米德螺旋摩擦纳米发电机的智能鞋垫,通过分析各柔性阿基米德螺旋摩擦纳米发电机的输出电信号的相位、时间、峰值或频率的特征信号的差异来分析人体运动类型或者运动特征。