[發明專利]一種梯度二氧化鈦基水伏器件制備方法

在審

• 申請號: 202010049825.8
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN111600508A
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 苗中正;田華雨;吳昊
• 申請（專利權）人: 鹽城師范學院
• 主分類號: H02N3/00
• 分類號: H02N3/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種梯度二氧化鈦基水伏器件制備方法。首先，將不同尺寸的二氧化鈦納米顆粒分別分散在溶劑中，得到二氧化鈦納米顆粒漿料；然后，在基底上自下而上分別涂覆不同尺寸二氧化鈦納米顆粒漿料，底部為小尺寸納米顆粒，自下而上納米顆粒尺寸逐步增加，得到一種梯度二氧化鈦基水伏器件。本發明所述方法制備的水伏器件能夠依靠二氧化鈦涂層的毛細作用和水蒸發自發產生電能，不需要額外的能量輸入，發電方式高度自發，受環境限制少，具備高的能量輸出，并且能夠長時間維持，適用于多種應用場景。

技術領域

本發明涉及水蒸發產電器件制備領域，尤其是一種梯度二氧化鈦基水伏器件制備方法。

背景技術

水覆蓋了約71％的地球表面，在人體中其重量約占70％。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。郭萬林、曲良體、張助華、唐群委、周建新、周軍等人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。

發明內容

本發明的目的在于提供一種梯度二氧化鈦基水伏器件制備方法。二氧化鈦無毒、熔點高、粘附力強，不易起化學變化，二氧化鈦納米顆粒表面積大，吸濕性高，納米顆粒堆積形成的孔道有著較高的毛細力。相對于其它半導體半金屬材料的金屬氧化物，二氧化鈦中的Ti-O鍵極性較大，表面吸附的水因極化發生解離，容易形成羥基，容易形成雙電層。當有水從二氧化鈦納米顆?？紫锻ǖ乐辛鬟^時，孔道表面將會形成雙電層，在流動液體的帶動下，陰離子將會在水流方向富集，形成離子濃度差，進而產生流動電壓和流動電流。另外，選用不同尺寸的二氧化鈦納米顆粒，自下而上分別涂覆于水伏器件不同區域，構造梯度差異，由于比表面積的差異，形成離子濃度差，可提供離子擴散的另外一種動力，進一步提升輸出電壓。這種梯度構造方法也可使器件在較高濕度環境下發電。

本發明采用如下技術方案：

一種梯度二氧化鈦基水伏器件制備方法，包括如下步驟：

(1)將不同尺寸的二氧化鈦納米顆粒分別分散在溶劑中，得到二氧化鈦納米顆粒漿料，或者將不同尺寸的二氧化鈦納米顆粒分別和碳納米纖維分散在溶劑中，得到二氧化鈦和碳納米纖維復合漿料；

(2)在基底上設有上電極和下電極的一面，自下而上分別涂覆不同尺寸二氧化鈦納米顆粒漿料或者二氧化鈦納米顆粒和碳納米纖維復合漿料，底部為小尺寸納米顆粒，自下而上納米顆粒尺寸逐步增加，一個區域干燥完全后，再依次涂覆下一區域，得到一種梯度二氧化鈦基水伏器件。

步驟(1)中的二氧化鈦納米顆粒尺寸為10-1000nm，碳納米纖維的直徑為5-20nm，長度為200nm-20μm，二氧化鈦納米顆粒粉末與碳納米纖維的質量比為50∶1-5∶1。

步驟(1)中的溶劑為甲醇、乙醇或去離子水，二氧化鈦納米顆粒粉末與碳納米纖維總質量與溶劑的質量比為3∶7-7∶3。

步驟(2)中的基底為柔性基底，柔性基底為滌綸樹脂膜、聚酰亞胺膜、聚氯乙烯膜、聚丙烯膜、聚四氟乙烯膜或鐵氟龍膠帶。