[發(fā)明專利]一種基于非合成材料的水蒸發(fā)發(fā)電器件及其快速成型方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310374268.0
• 申請日: 2023-04-10
• 公開（公告）號: CN116480545A
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田吉利;趙巖;劉洋;范開果;李敏;崔杰;趙長鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 德州學(xué)院
• 主分類號: F03G7/00
• 分類號: F03G7/00;C23C24/04
• 代理公司: 濟(jì)南龍瑞知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37272
• 代理人: 張秋霞

本發(fā)明公開了一種基于非合成材料的水蒸發(fā)發(fā)電器件。本發(fā)明還公開了該發(fā)電器件的快速成型方法，按如下步驟進(jìn)行：基底預(yù)處理以及電極印刷；天然沸石粉末研磨；制備天然沸石懸濁液；高溫噴涂快速器件成型。本發(fā)明突破了現(xiàn)有水蒸發(fā)發(fā)電器件的三個(gè)難點(diǎn)：材料天然而非合成；薄膜不易脫落；制作周期大大縮短，為自驅(qū)動(dòng)可穿戴器件的進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及蒸發(fā)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于非合成材料的水蒸發(fā)發(fā)電器件及其快速成型方法。

背景技術(shù)

隨著常規(guī)能源的有限性以及環(huán)境問題的日益突出，尋求新的能量轉(zhuǎn)換方式取代傳統(tǒng)能源已是大勢所趨。過去的幾十年，全球先后開發(fā)了光伏、風(fēng)電、生物質(zhì)能、海洋能等各種能源，而其他潛在新能源的研究也在日益發(fā)展。水蒸發(fā)是自然界普遍存在的物理現(xiàn)象，放熱過程蘊(yùn)含巨大能量，如何將儲量巨大的水蒸發(fā)能轉(zhuǎn)變成可以利用的清潔電能是一項(xiàng)前所未有的挑戰(zhàn)，水蒸發(fā)驅(qū)動(dòng)微流體發(fā)電為這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了一種新思路，它可以通過自然界的水蒸發(fā)現(xiàn)象將水從環(huán)境中吸收的熱能源源不斷地轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)低品位熱能的收集和轉(zhuǎn)化。近年來由于清潔環(huán)保、成本低廉，水蒸發(fā)發(fā)電正在成為新能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。因此，開展基于水蒸發(fā)驅(qū)動(dòng)微流體發(fā)電的相關(guān)研究工作，將為人類社會發(fā)展帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

目前，用于水蒸發(fā)發(fā)電的材料主要有四類，包括納米結(jié)構(gòu)碳、固體氧化物、纖維布以及水滑石（LDH）。現(xiàn)有的水蒸發(fā)發(fā)電器件的相關(guān)技術(shù)不是很多，他們都有一個(gè)共同的缺點(diǎn)，其所需的基本材料都要經(jīng)過合成或復(fù)雜加工程序，比如LDHs基的水蒸發(fā)發(fā)電器件，LDHs的合成要經(jīng)過很復(fù)雜的化學(xué)過程，從而其器件的制備也要經(jīng)過很長的成型時(shí)間。

多種材料在水蒸發(fā)發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用驗(yàn)證了“材料帶孔”和“材料帶電”是實(shí)現(xiàn)水蒸發(fā)發(fā)電的兩個(gè)關(guān)鍵因素。天然沸石是天然存在的水合鋁硅酸鹽礦物，硅氧四面體和鋁氧四面體構(gòu)成沸石架狀結(jié)構(gòu)的基本單元，它們通過共用頂點(diǎn)處的氧原子相互連接，并在三維結(jié)構(gòu)中無限重復(fù)形成晶體結(jié)構(gòu)。由于鋁是正三價(jià)，硅是正四價(jià)，如果其中部分硅原子被置換出來，在鋁氧四面體中有一個(gè)氧原子因?yàn)椴荒軌蛑泻投a(chǎn)生負(fù)電荷。因而天然沸石獨(dú)特的骨架結(jié)構(gòu)賦予了其親水性和負(fù)電性，而天然沸石巨大的比表面積、豐富的孔道和理化性質(zhì)的可調(diào)控性，已在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，例如催化劑或載體、污水凈化劑、塑料和造紙?zhí)盍稀⒑Ｋ徕浀龋宫F(xiàn)出了巨大的潛力。

天然沸石材料在蒸發(fā)發(fā)電應(yīng)用領(lǐng)域的核心優(yōu)勢有四個(gè)，一是其屬于天然原料，不用經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)合成或者加工過程；二是其原料充足，中國是全球沸石儲量（40億噸）最大的國家。三是其種類繁多，孔道尺寸豐富，通過對其種類的調(diào)控，從而對其孔道結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的控制。四是其強(qiáng)大的離子交換能力，通過對其調(diào)控可以對天然沸石表面電荷密度進(jìn)行有效的調(diào)控。因此從理論上講，天然沸石可能是一種非常有前途的水蒸發(fā)發(fā)電材料。

在天然沸石用于進(jìn)行水蒸發(fā)發(fā)電的研究中，除了天然沸石種類的選擇，另外一個(gè)不可忽視的重點(diǎn)是器件制作過程中天然沸石薄膜的成型問題，天然沸石易團(tuán)聚、易脫落，制作成器件存在一定困難。另外，還有一個(gè)難點(diǎn)就是器件成型的周期問題，用懸濁液材料干燥成器件，需要一個(gè)較長的制備周期。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于非合成材料的水蒸發(fā)發(fā)電器件及其快速成型方法。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種非合成材料的水蒸發(fā)發(fā)電器件的快速成型方法，包括以下步驟：

（1）制備裝有電極的預(yù)處理基底：取PET塑料片作為預(yù)處理基底，將PET塑料片剪裁成10cm~20cm×5cm的長方形基底，用180~200目砂紙打磨后，放于小型恒溫加熱爐上，設(shè)置溫度80℃~100℃，用毛筆蘸取酸化碳納米管漿料，在基底上印刷兩條0.3cm~0.5cm×10cm的一字型電極，電極寬度2cm~3cm；

（2）制備天然沸石粉末：取工業(yè)級天然沸石粉放于研缽中，研磨，制得天然沸石粉末；

（3）將天然沸石粉末與液體混合，超聲處理形成天然沸石懸濁液：將天然沸石粉末超聲震蕩均勻分散在水中，形成天然沸石懸濁液；