[發明專利]一種石墨烯-鋁基水伏與海水淡化器件功能區的制備方法

在審

• 申請號: 202010046447.8
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111498931A
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 苗中正
• 申請（專利權）人: 鹽城師范學院
• 主分類號: C02F1/14
• 分類號: C02F1/14;H02N3/00;C02F103/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種石墨烯?鋁基水伏與海水淡化器件功能區的制備方法。將氧化石墨烯與鋁顆粒分散在溶劑中攪拌混合，得到氧化石墨烯包覆鋁核殼結構；在基底上設有上電極和下電極的一面，涂覆氧化石墨烯包覆鋁漿料，采用微波法還原氧化石墨烯，得到石墨烯?鋁基水伏與海水淡化器件功能區。本發明所述方法制備的水伏與海水淡化器件能夠依靠涂層的毛細作用和水蒸發自發產生電能，發電方式高度自發，受環境限制少，利用等離激元效應吸收光照加熱水，達到更快速蒸發的效果，增加輸出功率與淡水產出。

技術領域

本發明涉及水蒸發產電器件與海水淡化器件制備領域，尤其是一種石墨烯-鋁基水伏與海水淡化器件功能區的制備方法。

背景技術

水與能量密切相關，維持著地球系統的能量循環，生物體的溫度平衡，是天然的吸能器、儲能器、換能器和傳能器。太陽輻射到達地表能量的近70％被水吸收，水在地球上動態吸納釋放能量的年平均功率高達60萬億千瓦，比全人類年平均能量消耗功率高出3個數量級。水以熱能、動能的形式存儲所吸收的熱量，更以蒸發、凝結、形云布雨、興風作浪的形式，把存儲的太陽能轉化成機械能等多種形式的能量。傳統的水能利用模式受自然條件的限制大，容易被地形、氣候等外部因素所影響，大型設施設備的建造和使用容易導致生態破壞和成本提升。納米材料具有顯著的量子效應和表面效應，可與各種形式的水發生耦合而輸出顯著的電信號，如石墨烯可通過雙電層的邊界運動將拖動和下落水滴的能量直接轉化為電能、也可將海水波動能轉化為電能。碳黑等納米結構材料可通過大氣環境下無所不在的水的自然蒸發，持續產生伏級的電能。這類直接轉化水能為電能的現象稱為“水伏效應”。水伏效應為全鏈條式捕獲地球水循環的水能開辟了全新的方向，提升了水能利用能力。苗中正建立了“水伏電池”中的“PN結”概念，通過功能區的非對稱設計實現了內建電場以及載流子的梯度變化，在水伏科學與技術領域做出了開創性的研究。水伏效應的研究剛剛起步，需要開發應用環境多樣化、能量轉化高效、發電成本低廉的新型水伏材料與器件。

隨著全球人口數量增加、水污染問題日益嚴重和地下水的過度開采，水資源缺乏已成為人類社會面臨的主要危機之一。有預測稱，到了2025年，世界上將有半數的國家面臨淡水資源緊張的嚴峻形勢，而到2050年，世界上75％的人口將面臨水資源短缺的困境。因此，提升淡水資源供給能力至關重要。隨著綠色共享發展理念不斷深入，作為“開源”的重要補給儲備，海水淡化被視作“解渴”沿海的首善之選。太陽能蒸餾器的研究主要集中于材料的選取、各種熱性能的改善以及將它與各類太陽能集熱器配合使用上。與傳統動力源和熱源相比，太陽能具有安全、環保等優點，是一種可持續發展的海水淡化技術。

發明內容

本發明的目的在于提供一種石墨烯-鋁基水伏與海水淡化器件功能區的制備方法。鋁元素在地殼中的含量僅次于氧和硅，居第三位，是地殼中含量最豐富的金屬元素。在金屬品種中，僅次于鋼鐵，為第二大類金屬。鋁顆粒利用等離激元效應吸收光照加熱水，不同于傳統的體加熱，可以在鋁顆粒的周圍產生局域的高溫，加熱溶液產生蒸汽，達到更快速蒸發的效果。石墨烯可通過雙電層理論和電動理論描述的機制捕獲雨水、水流、波浪等液態水能，如波動生電、射流生電、液滴生電、蒸發生電、濕度生電等。

本發明采用如下技術方案：

一種石墨烯-鋁基水伏與海水淡化器件功能區的制備方法，包括如下步驟：

(1)將氧化石墨烯與鋁顆粒分散在溶劑中攪拌混合，得到氧化石墨烯包覆鋁核殼結構；

(2)在基底上設有上電極和下電極的一面，涂覆氧化石墨烯包覆鋁漿料，干燥后得到氧化石墨烯包覆鋁涂層；

(3)采用微波法還原氧化石墨烯，得到石墨烯-鋁基水伏與海水淡化器件功能區。

步驟(1)中的氧化石墨烯的尺寸為50nm-100μm，鋁顆粒平均尺寸為20nm-50μm，包覆時兩者尺寸不宜相差過大，氧化石墨烯與鋁顆粒的質量比為0.001-0.05∶1。