一种基于纳米纤维包芯纱的压电摩擦电混合纳米发电机及其制备方法

技术领域

本发明涉及纳米功能材料领域，具体涉及一种基于纳米纤维包芯纱的压电摩擦电混合纳米发电机及制备方法。

背景技术

发电机是一种能够将其他形式的能源转换成电能的机械设备。纳米发电机是一种新型的自供能量的纳米技术，其可以收集来自人体和外部环境的能量，提供给纳米器件和系统，是一种将微小物理变化引起的机械能/热能转换成电能的技术装置。目前，纳米发电机按照其不同的机理，可以分为三种基础类型：压电纳米发电机（PENG）、摩擦电纳米发电机（TENG）以及热释电纳米发电机（PNG）。由于每种类型的纳米发电机在实际应用中都有其自身的弱点，因此通过同时使用多型发电机相结合来采集一种能量的概念已得到促进，以提高纳米发电机的输出。

静电纺丝技术是一种基于高压静电场下导电流体产生高速喷射原理发展而来的不同于常规方法的纺丝技术，所纺纳米纤维具有纤维尺寸小、孔隙率高和比表面积大等特点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是每种类型的纳米发电机在实际应用中都有其自身的弱点，纳米发电机的输出低，提供一种基于纳米纤维包芯纱的压电摩擦电混合纳米发电机及其制备方法。以静电纺纳米纤维包芯纱技术为基础，通过编织方法制备具有多层织物结构的压电与摩擦电混合的纳米发电机。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：一种基于纳米纤维包芯纱的的压电摩擦电混合纳米发电机，包括上单层织物和下单层织物，上单层织物和下单层织物之间中双层织物，所述上单层织物、中双层织物和下单层织物分别以针织方法连接；所述的上单层织物和下单层织物分别为包芯纱I、包芯纱II利用机织原理编织成的单层平纹织物，所述的中双层织物为包芯纱II编织而成的双层织物。上单层织物、中双层织物和下单层织物分别通过涤纶长丝连接。上单层织物、中双层织物之间，下单层织物和中双层织物之间之间由于摩擦材料电性不同，所以在相互接触分离下根据摩擦生电和接触带电的原理会有电荷的转移。

所述的上单层织物包括第一电极、第一摩擦层；所述的中双层织物依次包括第一压电摩擦层、第二电极和压电层、第三电极和第二压电摩擦层；所述的下单层织物包括第三摩擦层和第四电极；所述的第一摩擦层包覆在第一电极表面形成包芯纱I，；第一压电摩擦层包覆在第二电极的表面、第二压电摩擦层包覆第三电极的表面分别形成包芯纱II；第三摩擦层包覆在第四电极表面形成包芯纱III。其中，第一摩擦层紧密包覆在第一电极表面，第三摩擦层紧密包覆在第三电极表面，上单层织物与中双层织物非紧密接触，下单层织物与中双层织物也非紧密接触。上单层织物、中双层织物和下单层织物均为平纹组织、织物的经密10-100根/5cm，纳米纤维织物的纬密为10-100根/5cm。

所述的第一摩擦层、第一压电摩擦层、第二压电摩擦层和第三摩擦层均为纳米纤维层；所述的纳米纤维的直径100-1000nm。

所述的纳米纤维层的纳米纤维为高分子聚合物，所述的高分子聚合物为尼龙66、聚偏氟乙烯PVDF和聚二甲基硅氧烷PDMS中的一种或多种，高分子聚合物的分子量大于等于100000。

所述的第一电极、第二电极、第三电极和第四电极均为导电长丝，所述的导电长丝为粘性导电悬浮液均匀涂覆在涤纶长丝上制作而成，所述的涤纶长丝直径为100-500μm，导电长丝直径为200-600μm，包芯纱I、包芯纱II和包芯纱III的直径均为150-600μm。

所述的基于纳米纤维包芯纱的的压电摩擦电混合纳米发电机的制备方法，包括以下步骤：（1）将尼龙66颗粒加入到甲酸溶剂中，常温下搅拌4-12h得到质量分数为11-20%的尼龙66聚合物纺丝溶液；

（2）将聚偏氟乙烯颗粒加入四氢呋喃（THF）和N，N-二甲基甲酰胺（DMF）溶剂中，在80℃下搅拌8-10h，得到质量分数为6-20%的聚偏氟乙烯聚合物纺丝溶液；

（3）制备导电长丝：采用碳纳米管（CNT）和涤纶长丝制备导电长丝；

（4）搭建静电纺丝装置，分别将步骤（1）制备的尼龙66聚合物纺丝溶液和步骤（2）制备的聚偏氟乙烯聚合物纺丝溶液加入到注射泵中，以步骤（3）制备的导电长丝为芯纱，制备得纳米纤维包芯纱I和包芯纱II；

（5）将聚二甲基硅氧烷（PDMS）由预聚体和交联剂两种胶状体以10:（0.5-1.2）混合均匀，并将分散均匀的聚二甲基硅氧烷（PDMS）均匀涂覆在步骤（3）制备的导电长丝上，得到包芯纱III；步骤（5）所述的交联剂为SYLGARD 184型交联剂。

（6）将步骤（4）所得纳米纤维包芯纱I和步骤（5）得到的包芯纱III， 利用机织原理分别编织成单层平纹织物作为上单层织物和下单层织物，将包芯纱II编织成紧密的双层织物作为中双层织物，即得到三层的压电和摩擦电混合的纳米发电机织物。

步骤（3）所述的制备导电长丝的步骤为：a、将碳纳米管（CNT）加入到甲苯溶剂中，在超声波里超声4-12h，得到质量分数为6-20%的传导墨水分散液；

b、将Parafilm胶体加入步骤（a）所制备的传导墨水分散液中，在75-80℃下溶解搅拌直至传导墨水分散液变成均匀的青灰色粘性导电悬浮液；

c、将步骤（b）中得到的粘性导电悬浮液均匀涂覆在涤纶长丝上，均匀涂覆2-8遍，得到导电长丝；导电长丝即为导电芯纱。

所述步骤（b）中Parafilm胶体的加入量为粘性导电悬浮液总质量的4-10%。

步骤（4）所述静电纺丝的电压为10-25 kV，纺丝溶液总流量为0.1-0.8mL/h ，金属喇叭的直径为10-20cm，金属喇叭与卷绕装置的垂直距离为40-60cm，喷头与金属喇叭的垂直距离为4-8cm，喷头与金属喇叭的水平距离为3-5cm，喷头的数目为2-16个，喷头内径0.26-0.86mm，正负喷头溶液流量比1: （0.2-1），正负喷头间的距离10-18cm，卷绕速度30-200 r/min。

步骤（2）所述的四氢呋喃（THF）和N，N-二甲基甲酰胺（DMF）的质量比为1:1。

本发明制备的混合纳米发电机具有以下优点：（1）本发明利用简单的静电纺丝工艺，整个制作过程简便易操作，工艺简单；（2）本发明可以大面积制备材料，不需要复杂的实验过程；（3）该混合纳米发电机，将摩擦电和压电结合在一起，提高了纳米发电机的输出；（4）该混合纳米发电机性能优良，稳定性好，可以产生电性以及具有一定传感性能。

附图说明

图1为静电纺丝装置示意图；图中标号为：1卷绕装置、2喷头、3注射泵、4金属喇叭、5 高压发生器、51正极、52负极；

图2 为三层压电和摩擦电混合的纳米发电机织物结构示意图，图中标号为：6包芯纱I、7 包芯纱II、8包芯纱III；

图3为包芯纱结构示意图，图中标号为：9涤纶长丝，10 CNT导电涂层，11 尼龙纳米层。

图4为图 2 所示的三层压电和摩擦电混合纳米发电机织物的横截面结构示意图；图中标号为：12第一电极、13第一摩擦层、14第一压电摩擦层、15第二电极、16压电层、17第三电极、18第二压电摩擦层、19第三摩擦层、20第四电极。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种基于纳米纤维包芯纱的压电摩擦电混合纳米发电机的制备方法，包括以下步骤：

（1）将尼龙66颗粒加入到甲酸溶液中，常温下搅拌4-12h得到11%的聚合物溶液。

（2）将聚偏氟乙烯颗粒加入四氢呋喃（THF）和N，N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液中，在80℃下搅拌8-10h，得到均匀的10%的聚合物溶液；其中，THF：DMF=1:1。

（3）将碳纳米管（CNT）加入到甲苯溶液中，在超声波里超声4-12h，得到6%的传导墨水分散液；

（4）将Parafilm胶体加在（3）溶液中，在75-80℃下溶解搅拌直至溶液变成均匀的青灰色粘性导电悬浮液。Parafilm胶体的加入量为粘性导电悬浮液总质量的7%；

（5）将（4）中得到的粘性导电悬浮液均匀涂覆在涤纶长丝上，均匀涂覆5遍，得到导电长丝。

（6）按照图示1搭建静电纺丝装置，分别将步骤（1）和（2）中的纺丝溶液加入到注射泵中，以步骤（5）制备的导电长丝为芯纱，制备纳米纤维包芯纱I, 2，静电纺丝电压为19kV，纺丝溶液总流量为0.3 mL/h ，金属喇叭的直径为10 cm，金属喇叭与卷绕装置的垂直距离为40 cm，喷头与金属喇叭的垂直距离为5 cm，喷头与金属喇叭的水平距离为3 cm，喷头的数目为4 个，喷头内径0.4 mm，正负喷头溶液流量比1:0.3，正负喷头间的距离17 cm，卷绕速度100 r/min；

（7）聚二甲基硅氧烷（PDMS）由预聚体和交联剂两种胶状体以10:1混合构成，将分散均匀的PDMS均匀涂覆在步骤（5）制备的导电长丝上，得到包芯纱III。

（8）将步骤（6）所得纳米纤维包芯纱I和步骤7得到的包芯纱III, 利用机织原理分别编织成单层平纹织物作为第一层和第三层，将包芯纱II编织成紧密的双层织物作为中间层；得到一个三层的压电和摩擦电混合的纳米发电机织物。

实施例2

一种基于纳米纤维包芯纱的压电摩擦电混合纳米发电机的制备方法，包括以下步骤：

（1）将尼龙66颗粒加入到甲酸溶液中，常温下搅拌4-12h得到13%的聚合物溶液。

（2）将聚偏氟乙烯颗粒加入四氢呋喃（THF）和N，N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液中，在80℃下搅拌8-10h，得到均匀的12%的聚合物溶液；其中，THF：DMF=1:1。

（3）将碳纳米管（CNT）加入到甲苯溶液中，在超声波里超声4-12h，得到6%的传导墨水分散液；

（4）将Parafilm胶体加在（3）溶液中，在75-80℃下溶解搅拌直至溶液变成均匀的青灰色粘性导电悬浮液。Parafilm胶体的加入量为粘性导电悬浮液总质量的7%；

（5）将（4）中得到的粘性导电悬浮液均匀涂覆在涤纶长丝上，均匀涂覆5遍，得到导电长丝。

（6）按照图示1搭建静电纺丝装置，分别将步骤（1）和（2）中的纺丝溶液加入到注射泵中，以步骤（5）制备的导电长丝为芯纱，制备纳米纤维包芯纱I, 2，静电纺丝电压为19kV，纺丝溶液总流量为0.3 mL/h ，金属喇叭的直径为10 cm，金属喇叭与卷绕装置的垂直距离为40 cm，喷头与金属喇叭的垂直距离为5 cm，喷头与金属喇叭的水平距离为3 cm，喷头的数目为4 个，喷头内径0.4 mm，正负喷头溶液流量比1:0.3，正负喷头间的距离17 cm，卷绕速度100 r/min；

（7）聚二甲基硅氧烷（PDMS）由预聚体和交联剂两种胶状体以10:1混合构成，将分散均匀的PDMS均匀涂覆在步骤（5）制备的导电长丝上，得到包芯纱III。

（8）将步骤（6）所得纳米纤维包芯纱I和步骤7得到的包芯纱III, 利用机织原理分别编织成单层平纹织物作为第一层和第三层，将包芯纱II编织成紧密的双层织物作为中间层；得到一个三层的压电和摩擦电混合的纳米发电机织物。

实施例3

一种基于纳米纤维包芯纱的压电摩擦电混合纳米发电机的制备方法，包括以下步骤：

（1）将尼龙66颗粒加入到甲酸溶液中，常温下搅拌4-12h得到15%的聚合物溶液。

（2）将聚偏氟乙烯颗粒加入四氢呋喃（THF）和N，N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液中，在80℃下搅拌8-10h，得到均匀的13%的聚合物溶液；其中，THF：DMF=1:1。

（3）将碳纳米管（CNT）加入到甲苯溶液中，在超声波里超声4-12h，得到6%的传导墨水分散液；

（4）将Parafilm胶体加在（3）溶液中，在75-80℃下溶解搅拌直至溶液变成均匀的青灰色粘性导电悬浮液。Parafilm胶体的加入量为粘性导电悬浮液总质量的7%；

（5）将（4）中得到的粘性导电悬浮液均匀涂覆在涤纶长丝上，均匀涂覆5遍，得到导电长丝。

（6）按照图示1搭建静电纺丝装置，分别将步骤（1）和（2）中的纺丝溶液加入到注射泵中，以步骤（5）制备的导电长丝为芯纱，制备纳米纤维包芯纱I, 2，静电纺丝电压为19kV，纺丝溶液总流量为0.3 mL/h ，金属喇叭的直径为10 cm，金属喇叭与卷绕装置的垂直距离为40 cm，喷头与金属喇叭的垂直距离为5 cm，喷头与金属喇叭的水平距离为3 cm，喷头的数目为4 个，喷头内径0.4 mm，正负喷头溶液流量比1:0.3，正负喷头间的距离17 cm，卷绕速度100 r/min；

（7）聚二甲基硅氧烷（PDMS）由预聚体和交联剂两种胶状体以10:1混合构成，将分散均匀的PDMS均匀涂覆在步骤（5）制备的导电长丝上，得到包芯纱III。

（8）将步骤（6）所得纳米纤维包芯纱I和步骤7得到的包芯纱III, 利用机织原理分别编织成单层平纹织物作为第一层和第三层，将包芯纱II编织成紧密的双层织物作为中间层；得到一个三层的压电和摩擦电混合的纳米发电机织物。

实施例4

一种基于纳米纤维包芯纱的的压电摩擦电混合纳米发电机，包括上单层织物和下单层织物，上单层织物和下单层织物之间中双层织物，所述上单层织物、中双层织物和下单层织物分别以针织方法连接；所述的上单层织物和下单层织物分别为包芯纱I、包芯纱II利用机织原理编织成的单层平纹织物，所述的中双层织物为包芯纱II编织而成的双层织物。

所述的上单层织物包括第一电极12、第一摩擦层13；所述的中双层织物依次包括第一压电摩擦层14、第二电极15和压电层16、第三电极17和第二压电摩擦层18；所述的下单层织物包括第三摩擦层19和第四电极20；所述的第一摩擦层13包覆在第一电极12表面形成包芯纱I，；第一压电摩擦层14包覆在第二电极15的表面、第二压电摩擦层18包覆第三电极17的表面分别形成包芯纱II；第三摩擦层19包覆在第四电极20表面形成包芯纱III。

所述的第一摩擦层13、第一压电摩擦层14、第二压电摩擦层18和第三摩擦层19均为纳米纤维层；所述的纳米纤维的直径100-1000nm。

所述的纳米纤维层的纳米纤维为高分子聚合物，所述的高分子聚合物为尼龙66、聚偏氟乙烯PVDF和聚二甲基硅氧烷PDMS中的一种或多种，高分子聚合物的分子量大于等于100000。

所述的第一电极12、第二电极15、第三电极17和第四电极20均为导电长丝，所述的导电长丝为粘性导电悬浮液均匀涂覆在涤纶长丝上制作而成，所述的涤纶长丝直径为100-500μm，导电长丝直径为200-600μm，包芯纱I、包芯纱II和包芯纱III的直径均为150-600μm。

一种基于纳米纤维包芯纱的的压电摩擦电混合纳米发电机的制备方法，包括以下步骤：（1）将尼龙66颗粒加入到甲酸溶剂中，常温下搅拌12h得到质量分数为11%的尼龙66聚合物纺丝溶液；

（2）将聚偏氟乙烯颗粒加入四氢呋喃（THF）和N，N-二甲基甲酰胺（DMF）溶剂中，在80℃下搅拌10h，得到质量分数为10%的聚偏氟乙烯聚合物纺丝溶液；四氢呋喃（THF）和N，N-二甲基甲酰胺（DMF）的质量比为1:1；

（3）制备导电长丝：采用碳纳米管（CNT）和涤纶长丝制备导电长丝；制备导电长丝的步骤为：a、将碳纳米管（CNT）加入到甲苯溶剂中，在超声波里超声8h，得到质量分数为6%的传导墨水分散液；

b、将Parafilm胶体加入步骤（a）所制备的传导墨水分散液中，在80℃下溶解搅拌直至传导墨水分散液变成均匀的青灰色粘性导电悬浮液；Parafilm胶体的加入量为粘性导电悬浮液总质量的7%；

c、将步骤（b）中得到的粘性导电悬浮液均匀涂覆在涤纶长丝上，均匀涂覆5遍，得到导电长丝；导电长丝即为导电芯纱。

（4）搭建静电纺丝装置，分别将步骤（1）制备的尼龙66聚合物纺丝溶液和步骤（2）制备的聚偏氟乙烯聚合物纺丝溶液加入到注射泵中，以步骤（3）制备的导电长丝为芯纱，制备得纳米纤维包芯纱I和包芯纱II；静电纺丝的电压为19 kV，纺丝溶液总流量为0.3mL/h ，金属喇叭的直径为10cm，金属喇叭与卷绕装置的垂直距离为40cm，喷头与金属喇叭的垂直距离为5cm，喷头与金属喇叭的水平距离为3cm，喷头的数目为4个，喷头内径0.4mm，正负喷头溶液流量比1:0.3，正负喷头间的距离17cm，卷绕速度100 r/min；

（5）将聚二甲基硅氧烷（PDMS）由预聚体和交联剂两种胶状体以10:1混合均匀，并将分散均匀的聚二甲基硅氧烷（PDMS）均匀涂覆在步骤（3）制备的导电长丝上，得到包芯纱III；

（6）将步骤（4）所得纳米纤维包芯纱I和步骤（5）得到的包芯纱III， 利用机织原理分别编织成单层平纹织物作为上单层织物和下单层织物，将包芯纱II编织成紧密的双层织物作为中双层织物，即得到三层的压电和摩擦电混合的纳米发电机织物。

实施例5

一种基于纳米纤维包芯纱的的压电摩擦电混合纳米发电机，包括上单层织物和下单层织物，上单层织物和下单层织物之间中双层织物，所述上单层织物、中双层织物和下单层织物分别以针织方法连接；所述的上单层织物和下单层织物分别为包芯纱I、包芯纱II利用机织原理编织成的单层平纹织物，所述的中双层织物为包芯纱II编织而成的双层织物。

所述的上单层织物包括第一电极12、第一摩擦层13；所述的中双层织物依次包括第一压电摩擦层14、第二电极15和压电层16、第三电极17和第二压电摩擦层18；所述的下单层织物包括第三摩擦层19和第四电极20；所述的第一摩擦层13包覆在第一电极12表面形成包芯纱I，；第一压电摩擦层14包覆在第二电极15的表面、第二压电摩擦层18包覆第三电极17的表面分别形成包芯纱II；第三摩擦层19包覆在第四电极20表面形成包芯纱III。

所述的第一摩擦层13、第一压电摩擦层14、第二压电摩擦层18和第三摩擦层19均为纳米纤维层；所述的纳米纤维的直径100-1000nm。

所述的纳米纤维层的纳米纤维为高分子聚合物，所述的高分子聚合物为尼龙66、聚偏氟乙烯PVDF和聚二甲基硅氧烷PDMS中的一种或多种，高分子聚合物的分子量大于等于100000。

所述的第一电极12、第二电极15、第三电极17和第四电极20均为导电长丝，所述的导电长丝为粘性导电悬浮液均匀涂覆在涤纶长丝上制作而成，所述的涤纶长丝直径为100-500μm，导电长丝直径为200-600μm，包芯纱I、包芯纱II和包芯纱III的直径均为150-600μm。

一种基于纳米纤维包芯纱的的压电摩擦电混合纳米发电机的制备方法，包括以下步骤：（1）将尼龙66颗粒加入到甲酸溶剂中，常温下搅拌12h得到质量分数为20%的尼龙66聚合物纺丝溶液；

（2）将聚偏氟乙烯颗粒加入四氢呋喃（THF）和N，N-二甲基甲酰胺（DMF）溶剂中，在80℃下搅拌10h，得到质量分数为20%的聚偏氟乙烯聚合物纺丝溶液；四氢呋喃（THF）和N，N-二甲基甲酰胺（DMF）的质量比为1:1；

（3）制备导电长丝：采用碳纳米管（CNT）和涤纶长丝制备导电长丝；制备导电长丝的步骤为：a、将碳纳米管（CNT）加入到甲苯溶剂中，在超声波里超声12h，得到质量分数为20%的传导墨水分散液；

b、将Parafilm胶体加入步骤（a）所制备的传导墨水分散液中，在80℃下溶解搅拌直至传导墨水分散液变成均匀的青灰色粘性导电悬浮液；Parafilm胶体的加入量为粘性导电悬浮液总质量的10%；

c、将步骤（b）中得到的粘性导电悬浮液均匀涂覆在涤纶长丝上，均匀涂覆2-8遍，得到导电长丝；导电长丝即为导电芯纱。

（4）搭建静电纺丝装置，分别将步骤（1）制备的尼龙66聚合物纺丝溶液和步骤（2）制备的聚偏氟乙烯聚合物纺丝溶液加入到注射泵中，以步骤（3）制备的导电长丝为芯纱，制备得纳米纤维包芯纱I和包芯纱II；静电纺丝的电压为25 kV，纺丝溶液总流量为0.8mL/h ，金属喇叭的直径为20cm，金属喇叭与卷绕装置的垂直距离为60cm，喷头与金属喇叭的垂直距离为8cm，喷头与金属喇叭的水平距离为5cm，喷头的数目为16个，喷头内径0.86mm，正负喷头溶液流量比1:1，正负喷头间的距离18cm，卷绕速度200 r/min；

（5）将聚二甲基硅氧烷（PDMS）由预聚体和交联剂两种胶状体以10:1.2混合均匀，并将分散均匀的聚二甲基硅氧烷（PDMS）均匀涂覆在步骤（3）制备的导电长丝上，得到包芯纱III；

（6）将步骤（4）所得纳米纤维包芯纱I和步骤（5）得到的包芯纱III， 利用机织原理分别编织成单层平纹织物作为上单层织物和下单层织物，将包芯纱II编织成紧密的双层织物作为中双层织物，即得到三层的压电和摩擦电混合的纳米发电机织物。

实施例6

一种基于纳米纤维包芯纱的的压电摩擦电混合纳米发电机，包括上单层织物和下单层织物，上单层织物和下单层织物之间中双层织物，所述上单层织物、中双层织物和下单层织物分别以针织方法连接；所述的上单层织物和下单层织物分别为包芯纱I、包芯纱II利用机织原理编织成的单层平纹织物，所述的中双层织物为包芯纱II编织而成的双层织物。

所述的上单层织物包括第一电极（12）、第一摩擦层（13）；所述的中双层织物依次包括第一压电摩擦层（14）、第二电极（15）和压电层（16）、第三电极（17）和第二压电摩擦层（18）；所述的下单层织物包括第三摩擦层（19）和第四电极（20）；所述的第一摩擦层（13）包覆在第一电极（12）表面形成包芯纱I，；第一压电摩擦层（14）包覆在第二电极（15）的表面、第二压电摩擦层（18）包覆第三电极（17）的表面分别形成包芯纱II；第三摩擦层（19）包覆在第四电极（20）表面形成包芯纱III。

所述的第一摩擦层（13）、第一压电摩擦层（14）、第二压电摩擦层（18）和第三摩擦层（19）均为纳米纤维层；所述的纳米纤维的直径100-1000nm。

所述的纳米纤维层的纳米纤维为高分子聚合物，所述的高分子聚合物为尼龙66、聚偏氟乙烯（PVDF）和聚二甲基硅氧烷（PDMS）中的一种或多种，高分子聚合物的分子量大于等于100000。

所述的第一电极（12）、第二电极（15）、第三电极（17）和第四电极（20）均为导电长丝，所述的导电长丝为粘性导电悬浮液均匀涂覆在涤纶长丝上制作而成，所述的涤纶长丝直径为100-500μm，导电长丝直径为200-600μm，包芯纱I、包芯纱II和包芯纱III的直径均为150-600μm。

一种基于纳米纤维包芯纱的的压电摩擦电混合纳米发电机的制备方法，包括以下步骤：（1）将尼龙66颗粒加入到甲酸溶剂中，常温下搅拌4h得到质量分数为11%的尼龙66聚合物纺丝溶液；

（2）将聚偏氟乙烯颗粒加入四氢呋喃（THF）和N，N-二甲基甲酰胺（DMF）溶剂中，在80℃下搅拌8h，得到质量分数为6%的聚偏氟乙烯聚合物纺丝溶液；四氢呋喃（THF）和N，N-二甲基甲酰胺（DMF）的质量比为1:1；

（3）制备导电长丝：采用碳纳米管（CNT）和涤纶长丝制备导电长丝；制备导电长丝的步骤为：a、将碳纳米管（CNT）加入到甲苯溶剂中，在超声波里超声4h，得到质量分数为6-20%的传导墨水分散液；

b、将Parafilm胶体加入步骤（a）所制备的传导墨水分散液中，在75℃下溶解搅拌直至传导墨水分散液变成均匀的青灰色粘性导电悬浮液；Parafilm胶体的加入量为粘性导电悬浮液总质量的4-10%；

c、将步骤（b）中得到的粘性导电悬浮液均匀涂覆在涤纶长丝上，均匀涂覆2遍，得到导电长丝；导电长丝即为导电芯纱。

（4）搭建静电纺丝装置，分别将步骤（1）制备的尼龙66聚合物纺丝溶液和步骤（2）制备的聚偏氟乙烯聚合物纺丝溶液加入到注射泵中，以步骤（3）制备的导电长丝为芯纱，制备得纳米纤维包芯纱I和包芯纱II；静电纺丝的电压为10 kV，纺丝溶液总流量为0.1mL/h ，金属喇叭的直径为10cm，金属喇叭与卷绕装置的垂直距离为40cm，喷头与金属喇叭的垂直距离为4cm，喷头与金属喇叭的水平距离为3cm，喷头的数目为2个，喷头内径0.26mm，正负喷头溶液流量比1:0.2，正负喷头间的距离10cm，卷绕速度30 r/min；

（5）将聚二甲基硅氧烷（PDMS）由预聚体和交联剂两种胶状体以10:0.5混合均匀，并将分散均匀的聚二甲基硅氧烷（PDMS）均匀涂覆在步骤（3）制备的导电长丝上，得到包芯纱III；

（6）将步骤（4）所得纳米纤维包芯纱I和步骤（5）得到的包芯纱III， 利用机织原理分别编织成单层平纹织物作为上单层织物和下单层织物，将包芯纱II编织成紧密的双层织物作为中双层织物，即得到三层的压电和摩擦电混合的纳米发电机织物。