一种液滴流动发电装置及其制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种液滴流动发电装置及其制备方法；其装置包括载片、电极、流动发电层、疏水层和表面电位改性层；其制备方法具体为：通过沉积或印刷方式在绝缘载片上形成两条互不交互的电极，然后通过沉积或印刷方式在两电极之间形成一层由固体微纳米粉末构成的流动发电层，经过活化处理后再对指定的流动发电层区域进行表面处理，形成疏水层和/或表面电位改性层；将液滴滴在该装置的流动发电层，液滴在流动发电层内定向流动即在流动径向上的两电极间产生电势差及电流。本发明专利技术提供的制备方法可以通过对流动发电层进行按需改性，使其具有疏水性或者令表面电势翻转的特性，从而改变该发电装置输出电压及电流的方向及大小。

【技术实现步骤摘要】
一种液滴流动发电装置及其制备方法
本专利技术属于新能源发电设备领域，更具体地，涉及一种液滴流动发电装置及其制备方法。
技术介绍
随着化石燃料等传统非再生能源的不断减少，能源危机正在不断加剧，而且化石燃料燃烧所带来的环境问题也越来越突出，因此关于可再生清洁能源的开发和利用已经成为了全人类发展的焦点问题。当一个液滴进入多孔材料中，会在毛细力作用下在多孔材料内部流动，此过程中可以在流动方向上产生电势差和电流，并且通过液体的蒸发，在液体充足的情况下可以提供源源不断的毛细力以供发电，这种发电方法仅消耗一部分低品的环境热能，但却可以产生福特量级的电压，是一种新型的产生清洁能源的方式。但该方法在实际应用中还有以下缺陷，大大限制了其应用效果：(1)当液体在多孔材料中的流动方向分布随机或不在一个大体方向上的话，其整体的发电效率会大大降低甚至在相反流动方向上完全抵消；(2)碳颗粒材料通过流动发电产生的电压和电流受到多孔材料本身表面电性的局限，输出电压较小且无法调整；(3)原有装置多个装置的串并联十分不便，而且发电区域的利用率很低，整体的发电效率较低。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种液滴流动发电装置及其制备方法，采用表面修饰手段对流动发电层进行疏水处理，解决液体在流动发电层孔道内流动方向的可控性问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种液滴流动发电装置的制备方法，具体包括如下步骤：(1)通过沉积或印刷方式在绝缘载片上形成两条互相平行的电极；(2)通过沉积或印刷方式在绝缘载片上形成一层流动发电层，所述流动发电层覆盖两条电极；其中，流动发电层的材料为固体微纳米粉末；(3)对步骤(2)获得的产物进行退火及活化处理；(4)对步骤(3)获得的产物，采用疏水修饰液将被处理区域转变为疏水层；所述被处理区域是指位于两个电极之间的流动发电层；其中，被处理区域可为单一区域，也可为多个区域；若为单一区域，则为两条平行电极之间的任一子区域；若为多区域处理，则为介于两条平行电极之间相互平行且不交互的多个子区域；通过对流动发电层的部分区域进行疏水处理修饰，形成局部的疏水层；将液滴滴在流动发电层与疏水层的交界处时，由于疏水层具有的疏水特性，液滴只能向非疏水层方向渗透扩散，实现液滴在流动发电层中固体微纳颗粒构成的微通道中定向流动，解决了液滴在流动发电层内流动方向的可控性问题；从而在位于流动方向径向的两电极之间产生稳定的电势差及电流。按照上述方法制备得到的一种液滴流动发电装置，包括绝缘载片、电极、流动发电层和疏水层；其中，两条互不相交的电极位于绝缘载片之上；流动发电层在绝缘载片上，完全的覆盖了两个电极；流动发电层的材料为固体微纳米粉末；疏水层位于流动发电层上。为实现本专利技术目的，按照本专利技术的另一个方面，提供了一种液滴流动发电装置的制备方法，具体包括如下步骤：(1)通过沉积或印刷方式在绝缘载片上形成两条互相平行的电极；(2)通过沉积或印刷方式在绝缘载片上形成一层流动发电层，所述流动发电层覆盖两条电极；所述流动发电层的材料为固体微纳米粉末；(3)对步骤(2)获得的产物进行退火及活化处理；(4)对步骤(3)获得的产物，将待处理区域进行表面电位改性处理，在流动发电层上形成表面电位改性层；其中，待处理区域是指流动发电层全区域，或两平行电极之间的一个或多个平行于电极但不交互的子区域。优选地，上述步骤(4)具体包括如下子步骤：(4.1)将步骤(3)所获得的产物的流动发电层的部分或全部区域浸没于浓度为0.01％～10％的水溶性高分子溶液中反应；(4.2)将步骤(4.1)所获得的产物浸洗后，再在浓度为0.1％～10％的有机物水溶液中反应，并经过浸洗后烘干，完成表面电位改性层制备；上述方法制备得到的一种液滴流动发电装置，包括绝缘载片、电极、流动发电层和表面电位改性层；其中，两条互不相交的电极位于绝缘载片之上；流动发电层在绝缘载片上，覆盖两个电极，流动发电层的材料为固体微纳米粉末；表面电位改性层位于流动发电层上。上述制备方法通过部分或全部区域化学修饰的方式，改变流动发电层固体颗粒层的表面电位特性，形成表面电位改性层；液滴流经表面电位改性层所产生的电势差，与液滴同向流过流动发电层所产生的电势差方向相反；当液滴处于流动发电层与表面电位改性层之间时，液滴在两层中的扩散流动方向恰好相反，而产生的电压却恰好叠加，从而提高发电装置输出的电压。优选地，上述制备方法中，步骤(4.1)中采用包含氨基、羟基、羧基或酰胺基官能团的水溶性高分子溶液，如聚乙烯亚胺及其衍生物、聚乙二醇及其衍生物、聚乙烯醇及其衍生物或聚酰亚胺及其衍生物；步骤(4.2)中采用二醛、多醛、含多氨基或含多羟基的有机物水溶液；通过液相修饰方法对流动发电层进行修饰处理，在流动发电层的表面形成一层表面电位改性层。优选地，一种液滴流动发电装置的制备方法，还包括以下步骤(5)：采用疏水修饰液，对两平行电极之间的指定区域进行处理，使被处理区域内的流动发电层或表面电位改性层转变为疏水层；其中，指定区域具体如下：(a)当步骤(4)中是对流动发电层全区域进行表面电位改性修饰时，则本步骤中的被处理区域为单一区域或多个子区域；若为单一区域处理，则处理区域为两条平行电极之间的任一子区域；若为多区域处理，则处理区域为介于两条平行电极之间相互平行且不交互的n个子区域；n≥2；(b)当步骤(4)中是对多个平行于两个电极但不交互的子区域进行表面电位改性修饰时，则本步骤中的处理区域为多个宽度小于流动发电层和表面电位改性层的子区域，且所述处理区域不跨过任何一个区域交界处。优选的，上述步骤(5)具体如下：(5)在两平行电极之间的指定区域，采用浓度为1％～10％的全氟癸基三乙氧基硅烷乙醇溶液，在70℃温度下反应5～30分钟，使被处理区域内的流动发电层或表面电位改性层转变为疏水层。按照上述方法制备得的发电装置，包括绝缘载片、电极、流动发电层、疏水层和表面电位改性层；流动发电层由固体微纳米粉末构成，位于绝缘载片上，覆盖两个电极；表面电位改性层位于流动发电层上互不交互的子区域内；疏水层位于流动发电层和/或表面电位改性层之上，当疏水层位于流动发电层和表面电位改性层上时，疏水层不跨过流动发电层与表面电位改性层的交界处；该液滴流动发电装置，不仅可以通过疏水层与流动发电层或表面电位改性层之间的交界处来调控液体的流动方向，还可以在流动发电层与表面电位改性层的交界处实现流动电压的叠加，进一步增大发电装置的输出电压，提高发电效率。优选地，上述制备方法中，采用的疏水修饰液为包含长链烷烃类、脂肪酸类、长链烷基硅烷类、长链烷基氯硅烷类、全氟烷基硅烷类、全氟烷基氯硅烷类或硫醇类等的修饰溶液；可通过气相或液相修饰方法对流动发电层或表面电位改性层进行化学修饰后形成疏水层。优选的，上述液滴流动发电装置，流动发电层为由碳黑微纳米颗粒、碳纳米管、富勒烯、石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、金属氧化物微纳米颗粒中的一种或多种堆积成而成的多孔结构。优选的，在10nm～100μm范围内调节构成流动发电层的固体颗粒的平均粒径，以调控流动发电层内的平均通道孔径，进而调控液滴在其中的流速，以此调控发电装置的输出电压。优选的，上述液滴流动发电装置，电极采用碳纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液滴流动发电装置的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：(1)通过沉积或印刷方式在绝缘载片上形成两条互相平行的电极；(2)通过沉积或印刷方式在绝缘载片上形成一层流动发电层，所述流动发电层覆盖两条电极；所述流动发电层的材料为固体微纳米粉末；(3)对步骤(2)获得的产物进行退火及活化处理；(4)对步骤(3)获得的产物，采用疏水修饰液将被处理区域转变为疏水层；所述被处理区域是指位于两个电极之间的流动发电层；所述被处理区域可为单一区域，也可为多个区域；若为单一区域，则为两条平行电极之间的任一子区域；若为多区域处理，则为介于两条平行电极之间相互平行且不交互的多个子区域。

【技术特征摘要】
1.一种液滴流动发电装置的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：(1)通过沉积或印刷方式在绝缘载片上形成两条互相平行的电极；(2)通过沉积或印刷方式在绝缘载片上形成一层流动发电层，所述流动发电层覆盖两条电极；所述流动发电层的材料为固体微纳米粉末；(3)对步骤(2)获得的产物进行退火及活化处理；(4)对步骤(3)获得的产物，采用疏水修饰液将被处理区域转变为疏水层；所述被处理区域是指位于两个电极之间的流动发电层；所述被处理区域可为单一区域，也可为多个区域；若为单一区域，则为两条平行电极之间的任一子区域；若为多区域处理，则为介于两条平行电极之间相互平行且不交互的多个子区域。2.一种液滴流动发电装置的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：(1)通过沉积或印刷方式在绝缘载片上形成两条互相平行的电极；(2)通过沉积或印刷方式在绝缘载片上形成一层流动发电层，所述流动发电层覆盖两条电极；所述流动发电层的材料为固体微纳米粉末；(3)对步骤(2)获得的产物进行退火及活化处理；(4)对步骤(3)获得的产物，将待处理区域进行表面电位改性处理，在流动发电层上形成表面电位改性层；所述待处理区域是指流动发电层全区域，或流动发电层上两平行电极之间的一个或多个平行于电极但不交互的子区域。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)具体如下：(4.1)将步骤(3)所获得的产物的流动发电层的部分或全部区域浸没于浓度为0.01％～10％的水溶性高分子溶液中反应；(4.2)将步骤(4.1)所获得的产物浸洗后，再在浓度为0.1％～10％的有机物水溶液中反应，并经过浸洗后烘干，完成表面电位改性层制备。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法中，步骤(4.1)中采用包含氨基、羟基、羧基或酰胺基官能团的水溶性高分子溶液，步骤(4.2)中采用二醛、多醛、含多氨基或含多羟基的有机物水溶液；通过液相修饰方法对流动发电层进行修饰处理，在流动发电层的表面形成一层表面电位改性层。5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，还包括步骤(5)，具体如下：采用疏水修饰液，对两平行电极之间的指定区域进行处理，使被处理区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：周军，李嘉，刘抗，丁天朋，陈千，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42