一种波浪能摩擦发电的保暖救生衣

1.本发明属于救生设备技术领域，具体涉及一种波浪能摩擦发电的保暖救生衣。


背景技术：

2.海水温度低造成落水者体温降低，是造成人员大量死亡的一个直接原因。针对救生衣不保温问题，许多研究人员进行了大量的研究，如专利cn 110481735 a公布了一种耐寒救生衣，但是该发明的救生衣无法自己产生电能，只能依靠救生衣自带的电池，限制了救生衣供暖时间。专利cn 105799888 a公布了一种波浪俘能自发电救生衣，但是该款救生衣通过安装变速箱和发电机将波浪能转变为电能，此装置重量大，会造成救生衣浮力不足。专利cn 207826502 u公布了一种海上救生用保暖型救生衣，该款救生衣采用的是太阳能板自行产电，但是海上天气变化无常，同时太阳能安装在救生衣上，落水人员穿着救生衣会保持头部在水面以上，救生衣浸在水面下，这就限制了太阳能发电，不能保证电池的及时充电。
3.针对上述提出的供暖时间短、电量不足、发电装置重量过大并受制于天气等问题，本发明提供了一种波浪能摩擦发电的保暖救生衣，可利用摩擦纳米发电机将波浪能转化为电能，为加热片供电，具有保暖时间长、可持续供电的优点。


技术实现要素：

4.本发明旨在提出一种波浪能摩擦发电的保暖救生衣，以解决现有救生衣不保暖，产电量低的问题。为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
5.本实用新型提供一种波浪能摩擦发电的保暖救生衣，包括：救生衣本体、救生衣灯、救生哨笛、防水电池、定位装置和三层纳米摩擦发电装置。
6.其中，救生衣本体包括外层材料、内层材料、加热片、和三层纳米摩擦发电装置，外层材料和内层材料之间为三层纳米摩擦发电装置，所述三层纳米摩擦发电装置为三层的纳米摩擦发电结构。
7.进一步，三层纳米摩擦发电装置的组成，包括：第一复合层、第二复合层、第三复合层、防水导线、柔性封装层。
8.所述救生衣的第一复合层的制作，采用聚乙烯泡沫塑料板为基体，将铜胶带膜粘附于基体，在铜胶带膜上涂覆第一摩擦层，制成第一复合层。
9.所述救生衣的第二复合层的制作，将聚乙烯泡沫塑料板为基体，将铜胶带膜粘附于基体的两面，在两侧的铜胶带膜上分别涂覆第二摩擦层、第一摩擦层，制成第二复合层。
10.所述救生衣的第三复合层的制作，采用聚乙烯泡沫塑料板为基体，将铜胶带膜粘附于基体，在铜胶带膜上涂覆第二摩擦层，制成第三复合层。
11.所述三层纳米摩擦发电装置为三层结构，各个复合层之间有间隙形成密封腔室，这样就制成中间有密封腔的三层纳米摩擦发电装置。
12.进一步，所述的三层纳米摩擦发电装置封装在救生衣本体，救生衣本体的外层材料和内层材料都是由pvc帆布防水布料制成，在外层材料和内层材料的接缝处都是通过热
压和粘合进行无缝连接固定。
13.所述一种波浪能摩擦发电的保暖救生衣，密封腔结构既可以保证救生衣的浮力，同时保证合适的间隔来摩擦发电，提高发电效率。
14.所述第一摩擦层与第二摩擦层相互运动时，所述的第一摩擦层能够产生第一极性的负电荷，所述第二摩擦层能够产生与之相反的电性的正电荷，防水导线能够将柔性摩擦层产生的电荷导出。
15.所述三层纳米摩擦发电装置封装在救生衣本体的前侧和后侧各两个；所述三层纳米摩擦发电装置的各个铜胶带膜连接防水导线，通过并联的方式将电流经整流、滤波后连接到电池，从而储存摩擦发电产生的电能。
16.所述救生衣本体正面的左上方通过固定绳索连接救生哨笛，在救生衣的左上方内嵌有防水功能的二极管发光灯。
17.所述救生衣正面的中间位置通过密封拉链密封连接，起到密封保温的作用。
18.所述救生衣本体正面的右上方设置内嵌定位装置，定位装置包含gps定位模块，提供遇险时发送位置信息和求救信息。
19.所述救生衣的帽子与救生衣的主体相连，用于对头部保温和保护头部。
20.所述救生衣的衣袖与救生衣的主体相连，袖口通过尼龙粘扣密封保温，与普通马甲式救生衣相比，能对胳膊及身体起到更好的保温和保护作用。
21.所述救生衣本体背面内部的靠人体侧中间位置固定连接有温度传感器，所述救生衣本体背部的内部固定有温度感应控制器和防水导电铜线，所述救生衣本体背面和正面内侧的两侧均匀且等间距固定连接有加热片，加热片通过防水导电铜线与温度感应控制器、两个防水电池连接。
22.所述救生衣本体靠近下方的内侧固定连接有密封防护橡胶垫，下方的救生衣本体正面的外侧两边固定有两个防水电池袋。
23.进一步的，加热片在救生衣本体上两侧均匀放置，控制电路板将电池的电供给加热片使其发热升温，避免使用人员体温下降，通过温度感应控制器来控制温度在16-21℃，为落水人员提供保温功能。
24.所述第一摩擦层(负极)制备，首先将2-3wt％的聚苯乙烯悬浮液，并在磁力搅拌器中搅拌1-3h，混合均匀。
25.将直径为1-10μm的多层聚苯乙烯球以面心立方结构模式堆叠在二氧化硅/硅衬底上。以合成不同直径的结构薄膜。
26.将聚四氟乙烯溶液倒入周期性排列的聚苯乙烯球中，并通过在90℃的热板上加热使其固化成无定形的自支撑薄膜，将聚四氟乙烯基质从基底上分离，得到薄膜。
27.将所得薄膜在真空烘箱85-95℃烘干，再浸泡于丙酮溶液20-30h，丙酮会将聚苯乙烯小球完全溶解，固化后的聚四氟乙烯变得疏松多孔，得到第一摩擦层。
28.所述改性碳化秸秆的制作，首先将收集的秸秆置于马弗炉中在300-600℃烘干60-100 min，粉碎后过40-100目筛，获得秸秆颗粒备用，可以通过电子显微镜sem对碳化秸秆表面进行表征如图9。
29.将所述碳化粉末与固体活化剂koh按质量比1:3混合，然后在混合物中倒入一定量的去离子水用玻璃棒搅拌均匀，接着放入水浴锅中在80℃中加热10-12h，最后取出置于干
燥箱中进行干燥10-12h。
30.然后使用去离子水洗涤直到混合物溶液达到中性，再将得到的固体产物放于80-90℃的干燥箱中干燥10-12h，最后过200目筛，便得到了改性碳化秸秆粉末。
31.所述第二摩擦层(正极)的制备，首先将改性碳化秸秆和聚酰胺6经绝干处理20-30h。
32.取30-50wt％的改性碳化秸秆的混合料，将聚酰胺6和改性碳化秸秆的材料混合均匀后置于转矩流变仪中进行密炼，将密炼温度设定为200-300℃，转速30-50rpm，密炼时间为20-50 min，得到聚酰胺6/改性碳化秸秆的混合物。
33.取聚酰胺6/改性碳化秸秆的混合物置于强力塑胶粉碎机中破碎成均匀颗粒，取出部分颗粒热压成1-3mm薄片，热压温度200-250℃，热压压力4-6mpa，保压时间5-15min，即可得到聚酰胺6膜片-第二摩擦层，具体制备流程见图1。
34.所述第一摩擦层在与第二摩擦层相对的面上的侧壁上为微纳米结构，所述微纳米的形状为锥状，微纳米结构经过后续加工获得，微纳米结构用来增加第一摩擦层的表面面积，进而可以增多产生的电荷。
35.本发明的一种波浪能摩擦发电的保暖救生衣能够转变海洋的波浪能为电能，并且储存在电池中，通过发热片将电能转变为热能，保证落水人员在低温环境中维持体温，延长落水者在低温海洋环境下的救援等待时间。
附图说明
36.图1为第二摩擦层具体制备流程图；
37.图2为救生衣制作流程示意图；
38.图3为三层纳米摩擦发电装置的示意图；
39.图4为救生衣结构示意图；
40.图5为摩擦发电装置的结构示意图；
41.图6为三层纳米摩擦发电装置的结构示意图；
42.图7为救生衣的电路图；
43.图8为三层纳米摩擦发电装置的立体示意图；
44.图9中a、b分别为300℃、500℃碳化秸秆的sem图。
45.图中：1、救生衣本体；2袖口密封粘扣；3、防水电池；4、防水导线；5、反光条；6、定位装置；7、三层纳米摩擦发电装置；8、帽子；9、救生衣灯；10、发热片；11、救生哨笛； 12、基体；13、铜胶带膜；14、第二摩擦层；15、第一摩擦层；16、密封腔；17、柔性封装层；18、第一复合层；19、第二复合层；20、第三复合层
具体实施方式
46.下面将结合本发明的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例是本发明的实施例，而不是全部的实施例。
47.所述一种波浪能摩擦发电的保暖救生衣如图4，包括：救生衣本体1、救生衣灯9、救生哨笛10、防水电池3、定位装置6和三层纳米摩擦发电装置7。
48.其中，救生衣本体包括外层材料、内层材料、加热片10和三层纳米摩擦发电装置7；
外层材料和内层材料都是由pvc帆布防水布料制成，外层材料和内层材料之间有三层纳米摩擦发电装置7。
49.三层纳米摩擦发电装置如图6包括：第一复合层18、第二复合层19、第三复合层20、防水导线4、柔性封装层17。
50.所述救生衣的第一复合层18的制作，采用聚乙烯泡沫塑料板为基体12，将铜胶带膜13 粘附于基体12，在铜胶带膜上涂覆第一摩擦层15，制成第一复合层。
51.所述救生衣的第二复合层19的制作，将聚乙烯泡沫塑料板为基体12，将铜胶带膜13粘附于基体12的两面，在两侧的铜胶带膜13上分别涂覆第二摩擦层14、第一摩擦层15，制成第二复合层。
52.所述救生衣的第三复合层20的制作，采用聚乙烯泡沫塑料板为基体12，将铜胶带膜13 粘附于基体上，在铜胶带膜13上涂覆第二摩擦层14，制成第三复合层。
53.所述三层纳米摩擦发电装置7为三层结构，各个复合层之间有间隙形成密封腔室16，这样就制成一个三层的中间有密封腔的三层纳米摩擦发电装置。
54.所述三层纳米摩擦发电装置7封装在救生衣本体1的前侧和后侧各两个，对称放置，以保证救生衣的浮力垂直向上。
55.所述一种波浪能摩擦发电的保暖救生衣，三层的密封腔结构既可以保证救生衣的浮力，同时保证合适的间隔为三层纳米摩擦发电装置7摩擦发电，三层结构可以提高发电效率。
56.进一步，在外层材料和内层材料的接缝处通过热压和粘合进行无缝连接固定。从而起到了防水密封的作用，使得设置于救生衣本体的夹层内的各种电路、元件等能够与海水完全隔离，有效地避免了因接缝处进水而使夹层内的各种电路、元件等因进水而造成损坏的问题。
57.所述第一摩擦层15与第二摩擦层14相互运动时，所述的第一摩擦层15能够产生第一极性的负电荷，所述第二摩擦层14能够产生与之相反电性的正电荷，防水导线4能够将摩擦层产生的电荷导出；所述的防水导线4为防水导电铜线。
58.所述三层纳米摩擦发电装置7的各个铜胶带膜13中埋入防水导线，通过并联的方式将电流经如图7的整流、滤波后连接到电池，从而储存摩擦发电产生的电能。
59.所述救生衣本体1正面的左上方通过固定绳索连接救生哨笛11，在救生衣的左上方内嵌有防水功能的高亮度二极管发光灯9，打开开关后1s内灯具启动点亮，救生衣灯1能在水温为-5～30℃范围内正常工作，具有良好的水密性。
60.所述救生衣本体1正面的中间位置通过密封拉链密封连接，起到保温作用。
61.所述救生衣本体正面的右上方设置内嵌定位装置6，定位装置6包含gps定位模块，提供遇险时发送位置信息和求救信息。
62.所述救生衣的帽子8与救生衣本体1相连，所述救生衣的帽子用pvc帆布防水布料制成，起到保温和保护头部的作用，帽子8与救生衣本体1接缝处通过热压和粘合进行无缝连接，颈口通过尼龙粘扣2密封保温，防止海水的进入。
63.所述救生衣的衣袖5与救生衣的本体1相连，袖口通过尼龙粘扣2密封保温，与普通马甲式救生衣相比，能对胳膊及身体起到更好的保温和保护作用。
64.所述救生衣的三层纳米摩擦发电装置7通过防水导线4与电池3和救生衣灯9连接，
所发出的电量供应救生衣灯9发光。
65.所述救生衣本体背面内部的靠人体侧中间位置固定连接有温度传感器，所述救生衣本体背面的内部固定有温度感应控制器和防水导电铜线，所述救生衣本体背面和正面内侧的两侧均匀且等间距各固定连接有八个加热片10，加热片10通过防水导电铜线与电池和温度感应控制器连接。
66.所述救生衣本体靠近下方的内侧固定连接有密封防护橡胶垫，下方的救生衣本体正面的外侧两边固定有两个防水电池3。
67.进一步的，加热片10在救生衣本体上两侧均匀放置，控制电路板将电池的电供给加热片使其发热升温，避免使用人员体温下降，通过温度感应控制器来控制温度在16-21℃，为落水人员提供保温功能。
68.第一摩擦层制备(负极)：首先将2.6wt％的聚苯乙烯悬浮液，并在磁力搅拌器中搅拌1h，混合均匀。将直径为3μm的多层聚苯乙烯球以面心立方结构模式堆叠在二氧化硅/硅衬底上。以合成不同直径的结构薄膜。将聚四氟乙烯溶液倒入周期性排列的聚苯乙烯球中，并通过在 90℃的热板上加热使其固化成无定形的自支撑薄膜，将聚四氟乙烯基质从基底上分离，得到薄膜。将所得薄膜在真空烘箱90℃烘干，再浸泡于丙酮溶液24h，丙酮会将聚苯乙烯小球完全溶解，固化后的聚四氟乙烯变得疏松多孔。所述第一摩擦层在侧壁上有微纳米结构，所述微纳米的形状为锥状，微纳米结构经过后续加工获得，微纳米结构用来增加第一摩擦层的表面积，进而可以增多产生的电荷，得到第一摩擦层。
69.碳化秸秆的制作：首先将收集的秸秆置于马弗炉中，在300℃碳化80min和500℃碳化 80min，使用sem观察可以看出在500℃下碳化的秸秆表面更加疏松，将碳化后的秸秆研磨后过目筛，获得秸秆颗粒备用。将所述碳化料粉末与固体活化剂koh按质量比1：3混合，然后在混合物中倒入一定量的去离子水用玻璃棒搅拌均匀，接着放入水浴锅中在80℃中加热 11h，最后取出置于干燥箱中进行干燥过夜。使用去离子水洗涤直到混合物溶液达到中性，再将得到的固体产物放于80-90℃的干燥箱中干燥11h，最后过200目筛，便得到了改性碳化秸秆。
70.第二摩擦层制备(正极)：首先将改性碳化秸秆和聚酰胺6经过绝干处理24h。取35wt％的改性碳化秸秆的材料，将称取的聚酰胺6和改性碳化秸秆混合均匀后置于转矩流变仪中进行密炼，将密炼温度设定为230℃，转速40rpm，密炼时间为30min，得到聚酰胺6/改性碳化秸秆的混合物。取聚酰胺6/改性碳化秸秆的混合物置于强力塑胶粉碎机中破碎成均匀颗粒，取出部分颗粒热压成2mm厚薄片，热压温度230℃，热压压力5mpa，保压时间10min，即可得到聚酰胺6薄膜-第二摩擦层。
71.本技术领域中的技术人员应当认识到，以上的具体实施方式仅是用来说明本发明，对以上所述实施方式的变化、变型范围内都将落在本发明的权利要求范围内。