磁感應(yīng)電纜的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種磁感應(yīng)電纜。該磁感應(yīng)電纜包括依次同軸設(shè)置的第一電極芯、第一聚合物層、第二聚合物層以及第二電極層，其中第一聚合物層和第二聚合物層中的至少之一分布有磁性粒子?；蛘咴摯鸥袘?yīng)電纜包括依次同軸設(shè)置的第一電極芯、第一聚合物層、以及第二電極層，其中第一聚合物層中分布有磁性粒子。本發(fā)明磁感應(yīng)電纜，利用磁性粒子將外界磁場轉(zhuǎn)化為位移形變，從而產(chǎn)生摩擦電，能夠適用于磁場環(huán)境。
【專利說明】磁感應(yīng)電纜【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種電纜，尤其是涉及一種磁感應(yīng)電纜。
【背景技術(shù)】
[0002]通常電纜是由一根或多根相互絕緣的導(dǎo)體外包絕緣和保護(hù)層制成的。電纜可以用來傳輸電信號、光學(xué)信號等信息。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為了使用更加便捷或者適用于一些外接電源不便利的環(huán)境，出現(xiàn)了自發(fā)電電纜。這些電纜不但使用方便，而且應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。例如可以用作交通軸傳感器測試車重、車速，用作壓電電纜開關(guān)，或者用作接觸式傳聲器。
[0003]壓電材料在受到某一方向的外力作用而發(fā)生形變(包括彎曲和伸縮形變)時，由于內(nèi)部電荷的極化現(xiàn)象，會在其表面產(chǎn)生電荷。壓電材料可分為壓電單晶、壓電多晶和有機(jī)壓電材料，現(xiàn)有自發(fā)電電纜通常采用極化聚偏氟乙烯(PVDF)、聚二氟乙烯和聚三氟乙烯共聚物作為壓電材料。
[0004]目前壓電材料自發(fā)電電纜的基本原理為當(dāng)電纜受到壓力或被拉伸，由于壓電材料而產(chǎn)生正比于壓力的電荷或者電壓信號，從而能夠傳輸電信號或光學(xué)信號。目前，自發(fā)電電纜已經(jīng)廣泛用于聲學(xué)、醫(yī)療、工業(yè)、交通、安防等眾多領(lǐng)域，正逐步改變?nèi)藗兊纳詈凸ぷ鞣绞?，成為社會發(fā)展的趨勢。然而，目前的自發(fā)電電纜通常只能應(yīng)用于需要外力的環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有自發(fā)電電纜利用壓電材料，從而僅能用于需要外力的環(huán)境的缺陷，提供了一種磁感應(yīng)電纜，利用磁性粒子將外界磁場轉(zhuǎn)化為位移形變，從而產(chǎn)生摩擦電，適用于磁場環(huán)境。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的第一技術(shù)方案是:一種磁感應(yīng)電纜，該磁感應(yīng)電纜包括依次同軸設(shè)置的第一電極芯、第一聚合物層、第二聚合物層以及第二電極層，其中第一聚合物層和第二聚合物層中的至少之一分布有磁性粒子。
[0007]前述的磁感應(yīng)電纜，所述第一聚合物層和第二聚合物層相對表面中的至少一個面上設(shè)置有微納凹凸結(jié)構(gòu)。
[0008]前述的磁感應(yīng)電纜，所述第一聚合物層和第二聚合物層表面上設(shè)置的微納凹凸結(jié)構(gòu)為納米級至微米級的凹凸結(jié)構(gòu)，優(yōu)選凸起高度50nm-300nm的納米凹凸結(jié)構(gòu)。
[0009]前述的磁感應(yīng)電纜，所述磁性粒子為平均直徑為I μ m-50 μ m的磁性微米粒子，或平均直徑為Inm-100nm的磁性納米粒子；在第一聚合物層其朝向第一電極芯方向的內(nèi)部，以及在第二聚合物層其朝向第二電極層方向的內(nèi)部均存在未分布磁性粒子區(qū)域。所述磁性粒子優(yōu)選為球形的，所述磁性粒子選自飽和磁化強(qiáng)度高的材料。
[0010]前述的磁感應(yīng)電纜，所述磁性粒子的飽和磁化強(qiáng)度為500高斯-3000高斯。
[0011]前述的磁感應(yīng)電纜，所述第一聚合物層和/或第二聚合物層中所述磁性粒子與聚合物材料的重量比是10-50:100,并且所述磁性粒子在第一聚合物層和/或第二聚合物層中形成海島結(jié)構(gòu)。
[0012]前述的磁感應(yīng)電纜，所述第一電極芯所用材料是金屬或合金，其中金屬是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、錫、鐵、錳、鑰、鎢或釩；合金是鋁合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金。
[0013]前述的磁感應(yīng)電纜，所述第一電極芯是實(shí)心的或空心的。
[0014]前述的磁感應(yīng)電纜，所述第二電極層所用材料選自銦錫氧化物、石墨烯電極、銀納米線膜，以及金屬或合金，其中金屬是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、錫、鐵、錳、鑰、鎢或IJi ;合金是招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金。
[0015]前述的磁感應(yīng)電纜，所述第一聚合物層與第二聚合物層所用材料不同，分別獨(dú)立的選自聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維(再生)海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基丙烯酸甲酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚異丁烯薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚縮聚物薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯共聚物薄膜中的任意一種。
[0016]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的第二技術(shù)方案是:一種磁感應(yīng)電纜，該磁感應(yīng)電纜包括依次同軸設(shè)置的第一電極芯、第一聚合物層、以及第二電極層，其中第一聚合物層中分布有磁性粒子。
[0017]前述的磁感應(yīng)電纜，所述第一聚合物層和第一電極芯相對表面中的至少一個面上設(shè)置有微納凹凸結(jié)構(gòu)。
[0018]前述的磁感應(yīng)電纜，所述第一聚合物層表面上設(shè)置的微納凹凸結(jié)構(gòu)為納米級至微米級的凹凸結(jié)構(gòu)，優(yōu)選凸起高度50nm-300nm的納米凹凸結(jié)構(gòu)。
[0019]前述的磁感應(yīng)電纜，所述第一電極芯表面上設(shè)置的微納凹凸結(jié)構(gòu)為納米級至微米級的凹凸結(jié)構(gòu)，優(yōu)選凸起高度300nm-l μ m (更優(yōu)選350_500nm)的納米凹凸結(jié)構(gòu)
[0020]前述的磁感應(yīng)電纜，所述磁性粒子為平均直徑為5 μ m-100 μ m的磁性微米粒子，或平均直徑為Inm-1OOnm的磁性納米粒子；在第一聚合物層其朝向第二電極層方向的內(nèi)部，存在未分布磁性粒子區(qū)域。所述磁性粒子優(yōu)選為球形的，所述磁性粒子選自飽和磁化強(qiáng)度高的材料。
[0021]前述的磁感應(yīng)電纜，所述磁性粒子的飽和磁化強(qiáng)度為500高斯-3000高斯。
[0022]前述的磁感應(yīng)電纜，第一聚合物層中，所述磁性粒子與聚合物材料的重量比是10-50:100,并且所述磁性粒子在第一聚合物層中形成海島結(jié)構(gòu)。
[0023]前述的磁感應(yīng)電纜，所述第一電極芯所用材料是金屬或合金，其中金屬是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、錫、鐵、錳、鑰、鎢或釩；合金是鋁合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金。
[0024]前述的磁感應(yīng)電纜，所述第一電極芯是實(shí)心的或空心的。[0025]前述的磁感應(yīng)電纜，所述第二電極層所用材料選自銦錫氧化物、石墨烯電極、銀納米線膜，以及金屬或合金，其中金屬是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、錫、鐵、錳、鑰、鎢或IJi ;合金是招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金。
[0026]前述的磁感應(yīng)電纜，所述第一聚合物層選自聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維(再生)海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基丙烯酸甲酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚異丁烯薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚縮聚物薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯共聚物薄膜中的任意一種。
[0027]優(yōu)選的，本發(fā)明磁感應(yīng)電纜進(jìn)一步包括保護(hù)層，與電纜其它層同軸的設(shè)置在第二電極層外側(cè)。所述保護(hù)層所用材料是聚氨酯、聚乙烯或聚氯乙烯。
[0028]本發(fā)明磁感應(yīng)電纜，在聚合物層中分布有磁性粒子，磁性粒子在外界磁場干擾下，使得所在聚合物層發(fā)生形變，從而使得產(chǎn)生摩擦電。本發(fā)明磁感應(yīng)電纜適用于磁場環(huán)境。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明具有壓電效應(yīng)的壓電電纜的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2是本發(fā)明圖1具有壓電效應(yīng)的壓電電纜的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖3是本發(fā)明另一具有壓電效應(yīng)的壓電電纜的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖4是本發(fā)明圖3具有壓電效應(yīng)的壓電電纜的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]為充分了解本發(fā)明之目的、特征及功效，借由下述具體的實(shí)施方式，對本發(fā)明做詳細(xì)說明。
[0034]本發(fā)明的磁感應(yīng)電纜，第一聚合物層和/或第二聚合物層中分布有磁性粒子，磁性粒子受到外界磁場干擾會沿著磁場方向取向，從而可以使其所在聚合物層發(fā)生形變。由于聚合物層發(fā)生的形變，聚合物層和第一電極芯或者聚合物層之間摩擦起電，從而導(dǎo)致第一電極芯和第二電極層之間出現(xiàn)電勢差。由于第一電極芯和第二電極層之間電勢差的存在，自由電子將通過外電路由電勢低的一側(cè)流向電勢高的一側(cè)，從而在外電路中形成電流。
[0035]如圖1和2所示，本發(fā)明的一種【具體實(shí)施方式】的磁感應(yīng)電纜I。該磁感應(yīng)電纜包括依次同軸設(shè)置的第一電極芯11、第一聚合物層12、第二聚合物層13以及第二電極層14，其中第一聚合物層12和第二聚合物層13中的至少之一分布有磁性粒子15。優(yōu)選的，在第一聚合物層12其朝向第一電極芯11方向的內(nèi)部，以及在第二聚合物層13其朝向第二電極層14方向的內(nèi)部均存在未分布磁性粒子區(qū)域，即由于第一聚合物層12中存在未分布磁性粒子區(qū)域，第一聚合物層12與第一電極芯11絕緣，根據(jù)相同原因，第二聚合物層13和第二電極層14絕緣,從而第一電極芯11與第二電極層14之間在外磁場作用下,會產(chǎn)生電位差。優(yōu)選的，第一聚合物層12內(nèi)及第二聚合物層13內(nèi)分布有磁性粒子區(qū)域中的磁性粒子是均勻分布的。[0036]該實(shí)施方式中對第一電極芯11所用材料沒有特殊要求，常規(guī)的能夠?qū)щ姷牟牧暇梢詰?yīng)用，例如第一電極芯11所用材料可以是金屬或合金，其中金屬是金、銀、鉬、鈀、招、鎳、銅、鈦、鉻、錫、鐵、猛、鑰、鶴或fL;合金是招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金。所述第一電極芯11可以是實(shí)心的，也可以是空心的。優(yōu)選的第一電極芯11的直徑是420 μ m-5mm。
[0037]該實(shí)施方式中對第二電極層14所用材料沒有特殊規(guī)定，常規(guī)的能夠?qū)щ姷牟牧暇梢詰?yīng)用，例如第二電極層14所用材料選自銦錫氧化物、石墨烯電極、銀納米線膜，以及金屬或合金，其中金屬是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、錫、鐵、錳、鑰、鎢或釩；合金是鋁合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鎢合金、鑰合金、鈮合金或鉭合金。優(yōu)選的第二電極層4的厚度是20 μ m-3mm0
[0038]所述第一聚合物層12與第二聚合物層13所用材料不能同時相同，它們分別獨(dú)立的選自聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維(再生)海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基丙烯酸甲酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚異丁烯薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚縮聚物薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯共聚物薄膜中的任意一種。優(yōu)選地，第一聚合物層12與第二聚合物層13的厚度是100 μ m-5000 μ m。
[0039]第一聚合物層12和第二聚合物層13相對表面中的至少一個面上設(shè)置有微納凹凸結(jié)構(gòu)(圖未示)。該微納凹凸結(jié)構(gòu)為納米級至微米級的凹凸結(jié)構(gòu)，優(yōu)選凸起高度50nm_2 μ m的凹凸結(jié)構(gòu)。
[0040]通常磁性材料是指由過渡元素鐵、鈷、鎳及其合金等形成的能夠直接或間接產(chǎn)生磁性的物質(zhì)。磁性材料按磁化后去磁的難易可分為永磁材料和軟磁材料。永磁材料包括金屬永磁材料，例如以鐵和鐵族元素(如鎳、鈷等)為重要元素組成的合金型永磁材料，主要有稀土永磁(如釹鐵硼稀土合金永磁)，鋁鎳鈷(AINiCo)系和鐵鉻鈷(FeCrCo)系三大永磁合金；鐵氧體永磁材料，其是以Fe2O3為主要元素組成的復(fù)合氧化物的強(qiáng)磁材料，如鋇鐵氧體永磁材料，鍶鐵氧體永磁材料等；其它永磁材料，如微粉永磁材料，納米永磁材料，膠塑永磁材料等。
[0041]軟磁材料主要包括鐵氧體軟磁材料，其是含有氧化鐵的復(fù)合氧化物材料，例如錳鋅氧體、鎳鋅鐵氧體、鎂鋅鐵氧體；金屬軟磁材料，主要有鐵系類軟磁如工業(yè)純鐵、鐵粉芯，鐵鎳合金類軟磁如鐵鎳鑰磁粉芯、高磁通鐵鎳磁粉芯等，鐵硅合金類軟磁如鐵硅鋁磁粉芯，娃鋼片等。
[0042]磁導(dǎo)率越大，說明磁性粒子在外磁場的作用下產(chǎn)生的磁場力越大，磁感應(yīng)電纜中的納米摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的形變量越大，從而磁感應(yīng)電纜產(chǎn)生的電壓越大。根據(jù)應(yīng)用所需的電壓要求，很容易選擇磁性粒子的種類。
[0043]本發(fā)明優(yōu)選的磁性粒子15的硬磁材料是稀土永磁材料、金屬永磁材料和鐵氧體永磁材料中的任意一種；軟磁材料是選自純鐵、低碳鋼、鐵娃系合金、鐵招系合金、鐵娃招系合金、鎳鐵系合金、鐵鈷系合金、軟磁鐵氧體、非晶態(tài)軟磁合金和超微晶軟磁合金中的任意一種；本發(fā)明磁性粒子15更優(yōu)選硬磁材料。優(yōu)選的，本發(fā)明磁性粒子為平均直徑為I μ m-50 μ m的磁性微米粒子,或平均直徑為Inm-1OOnm的磁性納米粒子；所述磁性粒子的飽和磁化強(qiáng)度為500高斯-3000高斯。
[0044]另外，第一聚合物層12和/或第二聚合物層13中所述磁性粒子15與聚合物材料的重量比是10-50:100，并且所述磁性粒子15在第一聚合物層12和/或第二聚合物層13中形成海島結(jié)構(gòu)。
[0045]如圖3和4所示，本發(fā)明的一種【具體實(shí)施方式】的磁感應(yīng)電纜2。該磁感應(yīng)電纜包括依次同軸設(shè)置的第一電極芯21、第一聚合物層22、以及第二電極層24，其中第一聚合物層中分布有磁性粒子25。在第一聚合物層22其朝向第二電極層24方向的內(nèi)部,存在未分布磁性粒子區(qū)域。即由于第一聚合物層22中存在未分布磁性粒子區(qū)域，第一聚合物層22與第二電極層24絕緣,從而第一電極芯21與第二電極層24之間在外磁場作用下,會產(chǎn)生電位差。優(yōu)選的，第一聚合物層12內(nèi)分布有磁性粒子區(qū)域中的磁性粒子是均勻分布的。
[0046]該實(shí)施方式中對第一電極芯21所用材料沒有特殊要求，常規(guī)的能夠?qū)щ姷牟牧暇梢詰?yīng)用，例如第一電極芯I所用材料可以是金屬或合金，其中金屬是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、錫、鐵、猛、鑰、鶴或鑰;；合金是招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金。所述第一電極芯I可以是實(shí)心的，也可以是空心的。優(yōu)選的第一電極芯21的直徑是 420 μ m-5mm。
[0047]該實(shí)施方式中對第二電極層24所用材料沒有特殊規(guī)定，常規(guī)的能夠?qū)щ姷牟牧暇梢詰?yīng)用，例如第二電極層24所用材料選自銦錫氧化物、石墨烯電極、銀納米線膜，以及金屬或合金，其中金屬是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、錫、鐵、錳、鑰、鎢或釩；合金是鋁合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鎢合金、鑰合金、鈮合金或鉭合金。優(yōu)選的第二電極層4的厚度是20 μ m-3mm0
[0048]第一聚合物層22可以選自聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維(再生)海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基丙烯酸甲酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚異丁烯薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚縮聚物薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯共聚物薄膜中的任意一種。優(yōu)選地，第一聚合物層22的厚度是 100 μ m-5000 μ m。
[0049]第一聚合物層22和第一電極芯21相對表面中的至少一個面上設(shè)置有微納凹凸結(jié)構(gòu)。第一聚合物層22表面上設(shè)置的微納凹凸結(jié)構(gòu)為納米級至微米級的凹凸結(jié)構(gòu)，優(yōu)選凸起高度50nm-2ym的凹凸結(jié)構(gòu)。第一電極芯21表面上設(shè)置的微納凹凸結(jié)構(gòu)為納米級至微米級的凹凸結(jié)構(gòu)，優(yōu)選凸起高度300nm-l μ m (更優(yōu)選350_500nm)的納米凹凸結(jié)構(gòu)。
[0050]通常磁性材料是指由過渡元素鐵、鈷、鎳及其合金等形成的能夠直接或間接產(chǎn)生磁性的物質(zhì)。磁性材料按磁化后去磁的難易可分為永磁材料和軟磁材料。永磁材料包括金屬永磁材料，例如以鐵和鐵族元素(如鎳、鈷等)為重要元素組成的合金型永磁材料，主要有稀土永磁(如釹鐵硼稀土合金永磁)，鋁鎳鈷(AINiCo)系和鐵鉻鈷(FeCrCo)系三大永磁合金；鐵氧體永磁材料，其是以Fe2O3為主要元素組成的復(fù)合氧化物的強(qiáng)磁材料，如鋇鐵氧體永磁材料，鍶鐵氧體永磁材料等；其它永磁材料，如微粉永磁材料，納米永磁材料，膠塑永磁材料等。
[0051]軟磁材料主要包括鐵氧體軟磁材料，其是含有氧化鐵的復(fù)合氧化物材料，例如錳鋅氧體、鎳鋅鐵氧體、鎂鋅鐵氧體；金屬軟磁材料，主要有鐵系類軟磁如工業(yè)純鐵、鐵粉芯，鐵鎳合金類軟磁如鐵鎳鑰磁粉芯、高磁通鐵鎳磁粉芯等，鐵硅合金類軟磁如鐵硅鋁磁粉芯，娃鋼片等。
[0052]本發(fā)明優(yōu)選的磁性粒子15的硬磁材料是稀土永磁材料、金屬永磁材料和鐵氧體永磁材料中的任意一種；軟磁材料是選自純鐵、低碳鋼、鐵娃系合金、鐵招系合金、鐵娃招系合金、鎳鐵系合金、鐵鈷系合金、軟磁鐵氧體、非晶態(tài)軟磁合金和超微晶軟磁合金中的任意一種；本發(fā)明磁性粒子15更優(yōu)選硬磁材料。優(yōu)選的，本發(fā)明磁性粒子為平均直徑為5 μ m-100 μ m的磁性微米粒子,或平均直徑為Inm-1OOnm的磁性納米粒子；所述磁性粒子的飽和磁化強(qiáng)度為500高斯-3000高斯。
[0053]另外，第一聚合物層22中所述磁性粒子5與聚合物材料的重量比是10-50:100，并且所述磁性粒子25在第一聚合物層22中形成海島結(jié)構(gòu)。
[0054]下面詳細(xì)說明將磁性粒子共混入第一聚合物層和/或第二聚合物層中的方法以及制成磁感應(yīng)電纜的方法。
[0055]SI按照磁性粒子與聚合物材料重量比是10-50:100,將磁性粒子粉末加入到聚合物材料中，然后攪拌分散均勻，得到混合物。
[0056]S2將步驟SI得到的混合物用有機(jī)溶液溶解，得到混合物漿料。應(yīng)當(dāng)理解的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易根據(jù)使用的聚合物的種類，選擇可以溶解它們的有機(jī)溶劑。
[0057]磁性粒子-聚合物混合物可以制成表面帶有微納凹凸結(jié)構(gòu)的薄膜，也可以制成表面不帶有微納凹凸結(jié)構(gòu)的薄膜。下面首先說明帶有微納凹凸結(jié)構(gòu)的薄膜的制備。
[0058]S3將硅片用光刻的方法在表面做出規(guī)則的圖形，做好圖形的硅片用濕刻的工藝各向異性刻蝕，可以刻出凹形的四棱錐陣列結(jié)構(gòu)，或者也可以用干刻的工藝各向同性刻蝕可以刻出凹形的立方體陣列結(jié)構(gòu)。刻好之后的模板用丙酮和異丙醇清洗干凈，然后所有的模板都在三甲基氯硅烷的氣氛中進(jìn)行表面硅烷化的處理，處理好的硅模板待用。
[0059]S4將混合物漿料涂覆于硅模板表面，真空脫氣，用旋轉(zhuǎn)涂覆的方式將硅片表面多余的混合物去掉，然后使用勻膠機(jī)進(jìn)行成膜，得到具有微納凹凸結(jié)構(gòu)并分散有磁性粉末的聚合物薄膜。該聚合物薄膜可以用作第一聚合物層和/或第二聚合物層。
[0060]下面說明不帶微納凹凸結(jié)構(gòu)的薄膜的制備。
[0061]S’3將混合物漿料涂覆于平板模板表面，真空脫氣，用旋轉(zhuǎn)涂覆的方式將硅片表面多余的混合物去掉，然后使用勻膠機(jī)進(jìn)行成膜，得到分散有磁性粉末的聚合物薄膜。該聚合物薄膜可以用作第一聚合物層和/或第二聚合物層。
[0062]下面詳細(xì)說明制備如圖1和2所示磁感應(yīng)電纜的方法。
[0063]S5將聚合物薄膜切成細(xì)條，然后纏繞并固定于第一電極芯11上，形成第一聚合物層12 ;然后將與第一聚合物層12所用材料不同的如上文所述的聚合物薄膜切成細(xì)條，然后纏繞于第一聚合物層12上，形成第二聚合物層13。第一聚合物層12和第二聚合物層13中的至少一層均勻分布有磁性粒子15，即第一聚合物層12和第二聚合物層13中的至少一層采用步驟S4或S’3制備的聚合物薄膜。另外，第一聚合物層12和第二聚合物層13相對表面中的至少一個面上設(shè)置有微納凹凸結(jié)構(gòu)(如上文所述，這里不再贅述)，即纏繞聚合物薄膜時需要注意使得第一聚合物層12和/或第二聚合物層13的帶有微納凹凸結(jié)構(gòu)的面處于相對方向。
[0064]S6在第二聚合物層13的外表面上設(shè)置第二電極層14，然后在第二電極層14的外側(cè)設(shè)置保護(hù)層(例如貼合薄的鋁箔或者磁控濺射金屬層)，得到如圖1和2所示磁感應(yīng)電纜。
[0065]下面詳細(xì)說明制備如圖3和4所示磁感應(yīng)電纜的方法。
[0066]S’5將聚合物薄膜切成細(xì)條,然后纏繞于第一電極芯21上,形成第一聚合物層22。第一聚合物層22中均勻分布有磁性粒子25，即第一聚合物層22采用步驟S4或S’ 3制備的聚合物薄膜。另外，優(yōu)選的第一電極芯21上設(shè)置有微納凹凸結(jié)構(gòu)(如上述所述)。纏繞聚合物薄膜時需要注意使得第一聚合物層22的帶有微納凹凸結(jié)構(gòu)的面處于相對第一電極芯21的方向。
[0067]S’ 6在第一聚合物層22的外表面上設(shè)置第二電極層24，然后在第二電極層24外側(cè)設(shè)置保護(hù)層(例如貼合薄的鋁箔或者磁控濺射金屬層)，得到如圖3和4所示磁感應(yīng)電纜。
[0068]本發(fā)明磁感應(yīng)電纜，在聚合物層中分布有磁性粒子，磁性粒子在外界磁場干擾下，使得所在聚合物層發(fā)生形變，從而使得產(chǎn)生摩擦電。本發(fā)明磁感應(yīng)電纜適用于磁場環(huán)境。本發(fā)明磁感應(yīng)電纜可以替代現(xiàn)有的交通領(lǐng)域的闖紅燈、測速等系統(tǒng)中的地感線圈，也可以作為磁性傳感器使用。
[0069]下面通過具體的實(shí)施例來闡述本發(fā)明的方法的實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，這不應(yīng)被理解為對本發(fā)明權(quán)利要求范圍的限制。
[0070]實(shí)施例1
[0071]如圖1所示的磁感應(yīng)電纜I。該磁感應(yīng)電纜包括依次同軸設(shè)置的第一電極芯(直徑3mm的鋁芯)11、第一聚合物層(厚度500 μ m的聚酰亞胺薄膜)12、第二聚合物層(厚度200 μ m的聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜)13以及第二電極層(銦錫氧化物(ITO)薄膜)14，其中第一聚合物層12中均勻分布有磁性粒子15。所述磁性粒子15是納米四氧化三鐵磁性粒子(南京共達(dá)納米研究應(yīng)用中心)，其平均直徑為50nm，晶粒粒徑大多在10?20nm，平均晶粒為17.8nm，飽和磁化強(qiáng)度為2500高斯。第一聚合物層12中所述磁性粒子15與聚合物材料的重量比是25:100。
[0072]第一聚合物層12相對第二聚合物層13的表面上設(shè)置有凸起高度150nm的微納凹凸結(jié)構(gòu)(圖未示)。
[0073]下面詳細(xì)說明磁感應(yīng)電纜I的制備方法:
[0074]按照磁性粒子與聚合物材料重量比是25:100，將磁性粒子粉末加入到聚酰亞胺中，然后攪拌分散均勻，得到混合物。將混合物用有機(jī)溶液N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶解，得到混合物漿料。
[0075]將混合物漿料涂覆于硅模板表面，真空脫氣，用旋轉(zhuǎn)涂覆的方式將硅片表面多余的混合物去掉，然后使用勻膠機(jī)進(jìn)行成膜，得到分散有磁性粉末的聚酰亞胺薄膜，并且其表面上設(shè)置有凸起高度150nm的微納凹凸結(jié)構(gòu)。該聚合物薄膜可以用作第一聚合物層12。
[0076]將聚酰亞胺薄膜切成細(xì)條，然后纏繞并固定于第一電極芯11上，形成第一聚合物層12，纏繞聚酰亞胺薄膜時使得第一聚合物層12的帶有微納凹凸結(jié)構(gòu)的面朝向與軸心方向相反的方向。然后將聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜切成細(xì)條，然后纏繞于第一聚合物層12上，形成第二聚合物層13。
[0077]常規(guī)真空濺射技術(shù)在第二聚合物層13的相對軸心外側(cè)的表面上設(shè)置銦錫氧化物(ITO)薄膜，形成第二電極層14，然后在第二電極層14外側(cè)設(shè)置聚氨酯保護(hù)層，得到如圖1所示磁感應(yīng)電纜。
[0078]實(shí)施例2-6
[0079]實(shí)施例2-6采用與實(shí)施例1基本相同的結(jié)構(gòu)和工藝方法，不同之處見表1，另外，采用適當(dāng)?shù)娜軇酆衔锊牧线M(jìn)行溶解是本領(lǐng)域常識，因此不在下表中列出。
[0080]表I
[0081]
【權(quán)利要求】
1.一種磁感應(yīng)電纜，其特征在于，該磁感應(yīng)電纜包括依次同軸設(shè)置的第一電極芯、第一聚合物層、第二聚合物層以及第二電極層，其中第一聚合物層和第二聚合物層中的至少之一分布有磁性粒子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的磁感應(yīng)電纜，其特征在于，所述第一聚合物層和第二聚合物層相對表面中的至少一個面上設(shè)置有微納凹凸結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的磁感應(yīng)電纜，其特征在于，所述第一聚合物層和第二聚合物層表面上設(shè)置的微納凹凸結(jié)構(gòu)為納米級至微米級的凹凸結(jié)構(gòu)，優(yōu)選凸起高度50nm-300nm的納米凹凸結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的磁感應(yīng)電纜，其特征在于，所述磁性粒子為平均直徑為I μ m-50 μ m的磁性微米粒子,或平均直徑為Inm-1OOnm的磁性納米粒子；在第一聚合物層其朝向第一電極芯方向的內(nèi)部，以及在第二聚合物層其朝向第二電極層方向的內(nèi)部均存在未分布磁性粒子區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁感應(yīng)電纜，其特征在于，所述磁性粒子的飽和磁化強(qiáng)度為500高斯-3000高斯。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的磁感應(yīng)電纜，其特征在于，所述第一聚合物層和/或第二聚合物層中所述磁性粒子與聚合物材料的重量比是10-50:100，并且所述磁性粒子在第一聚合物層和/或第二聚合物層中形成海島結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求 1-6任一項所述的磁感應(yīng)電纜，其特征在于，所述第一電極芯所用材料是金屬或合金，其中金屬是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、錫、鐵、錳、鑰、鎢或釩；合金是招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁感應(yīng)電纜，其特征在于，所述第一電極芯是實(shí)心的或空心的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述的磁感應(yīng)電纜，其特征在于，所述第二電極層所用材料選自銦錫氧化物、石墨烯電極、銀納米線膜，以及金屬或合金，其中金屬是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、錫、鐵、錳、鑰、鎢或釩；合金是鋁合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項所述的磁感應(yīng)電纜，其特征在于，所述第一聚合物層與第二聚合物層所用材料不同，分別獨(dú)立的選自聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維(再生)海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基丙烯酸甲酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚異丁烯薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚縮聚物薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯共聚物薄膜中的任意一種。
11.一種磁感應(yīng)電纜,其特征在于，該磁感應(yīng)電纜包括依次同軸設(shè)置的第一電極芯、第一聚合物層、以及第二電極層，其中第一聚合物層中均勻分布有磁性粒子。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的磁感應(yīng)電纜，其特征在于，所述第一聚合物層和第一電極芯相對表面中的至少一個面上設(shè)置有微納凹凸結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的磁感應(yīng)電纜，其特征在于，所述第一聚合物層表面上設(shè)置的微納凹凸結(jié)構(gòu)為納米級至微米級的凹凸結(jié)構(gòu)，優(yōu)選凸起高度50nm-300nm的納米凹凸結(jié)構(gòu)；所述第一電極芯表面上設(shè)置的微納凹凸結(jié)構(gòu)為納米級至微米級的凹凸結(jié)構(gòu)，優(yōu)選凸起高度300nm_l μ m (更優(yōu)選350_500nm)的納米凹凸結(jié)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11-13任一項所述的磁感應(yīng)電纜，其特征在于，所述磁性粒子為平均直徑為I μ m-50 μ m的磁性微米粒子,或平均直徑為Inm-1OOnm的磁性納米粒子；在第一聚合物層其朝向第二電極層方向的內(nèi)部，存在未分布磁性粒子區(qū)域。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的磁感應(yīng)電纜，其特征在于，所述磁性粒子的飽和磁化強(qiáng)度為500高斯-3000高斯。
16.根據(jù)權(quán)利要求11-15任一項所述的磁感應(yīng)電纜，其特征在于，第一聚合物層中，所述磁性粒子與聚合物材料的重量比是10-50:100，并且所述磁性粒子在第一聚合物層中形成海島結(jié)構(gòu)。
17.根據(jù)權(quán)利要求11-16任一項所述的磁感應(yīng)電纜，其特征在于，所述第一電極芯所用材料是金屬或合金，其中金屬是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、錫、鐵、錳、鑰、鎢或釩；合金是招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金。
18.根據(jù)權(quán)利要求11-17任一項所述的磁感應(yīng)電纜，其特征在于，所述第一電極芯是實(shí)心的或空心的。
19.根據(jù)權(quán)利要求11-18任一項所述的磁感應(yīng)電纜，其特征在于，所述第二電極層所用材料選自銦錫氧化物、石墨烯電極、銀納米線膜，以及金屬或合金，其中金屬是金、銀、鉬、鈕、招、鎳、銅、鈦、鉻、錫、鐵、猛、鑰、鶴或fL;合金是招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金。
20.根據(jù)權(quán)利要求11-19任一項所述的磁感應(yīng)電纜，其特征在于，所述第一聚合物層選自聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維(再生)海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基丙烯酸甲酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚異丁烯薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚縮聚物薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯共聚物薄膜中的任意一種。
【文檔編號】H02N1/04GK103973155SQ201310046776
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月5日
【發(fā)明者】劉軍鋒, 王卓, 范鳳茹 申請人:納米新能源（唐山）有限責(zé)任公司