基于“CHA-Hall效应”的水伏发电与净水生产装置功能区的制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供基于“CHA

【技术实现步骤摘要】
基于“CHA
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Hall效应”的水伏发电与净水生产装置功能区的制备方法


[0001]本专利技术涉及水蒸发产电与净水生产领域，尤其是基于“CHA
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Hall效应”的水伏发电与净水生产装置功能区的制备方法。

技术介绍

[0002]能源危机和水资源短缺是本世纪全球面临的两大挑战。水与能量密切相关，维持着大至地球系统的能量循环，小至生物体的温度平衡，是天然的吸能器、储能器、换能器和传能器。太阳辐射到达地表能量的近70％被水吸收，以热能、动能的形式存储，更以蒸发、凝结、形云布雨、兴风作浪的形式转化成机械能等多种形式的能量，水在地球上动态吸纳释放能量的年平均功率高达60万亿千瓦，比全人类年平均能量消耗功率高出3个数量级。传统的水能利用模式受自然条件的限制大，容易被地形、气候等外部因素所影响，大型设施设备的建造和使用容易导致生态破坏和成本提升。纳米材料具有显著的量子效应和表面效应，对外界激励有独特的敏感性，可与各种形式的水发生耦合而输出显著的电信号，这类直接转化水能为电能的现象称为“水伏效应”。水伏效应为全链条式捕获地球水循环的水能开辟了全新的方向，提升了水能利用能力，在理论上具有比光伏技术更大的发展空间。但是，水伏效应的研究刚刚起步，迫切需要探索更具拓展性的水伏效应物理机制，发展高效水伏材料与装置以提高水伏转换效率。
[0003]随着人类活动的扩大和环境污染的加剧，洁净水的短缺问题日益严重。水污染被认为是全球公共卫生挑战中最突出的问题，形势日益严峻。全世界近三分之一的人口无法获得干净的饮用水。世界卫生组织披露，每年有数百万5岁以下儿童死于腹泻，这与摄入不安全水、卫生设施不足或卫生问题有关。在解决全球水资源短缺问题的同时，一个重要原则是不应该带来新的环境和社会问题。太阳能净水技术是一种高效、绿色的净水技术，利用丰富、清洁的太阳能来应对水资源的挑战，成为可再生能源利用领域的研究热点。金属纳米颗粒和碳纳米材料具有强烈的光吸收与较高的光热转换能力，被广泛用于在太阳辐射下产生蒸汽和清洁水。但是，进一步提高不同纳米材料的光吸收与光转换效率仍面临着成本高和制造工艺复杂等问题。将水伏效应与太阳能净水技术相融合，探索灵活的应用模式，在水净化领域具有重要的指导意义和应用前景。

技术实现思路

[0004]当电流垂直于外磁场通过半导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一个附加电场，从而在半导体的两端产生电势差，这一现象就是霍尔效应(Hall effect)，首次说明了载流子是如何运动的，催生了半导体物理和固体电子学的发展，被称为是固体输运实验中的“女王”。但磁场并不是霍尔效应产生的必要条件，电流和磁矩之间的自旋轨道耦合相互作用也可以导致霍尔效应，称为反常霍尔效应(Anomalous Hall effect)，与正常霍尔效应在本质上完全不同，不存在外磁场对电子的洛伦兹力而产生的运
动轨道偏转，而是一种对称破缺的现象。铁磁材料在很小的磁场作用下就能被磁化到饱和，经磁化后仍能长期保持很强的磁性。若采用微纳尺度的铁磁颗粒/纤维等构筑具备丰富毛细通道且稳定的铁磁结构，统一其充磁方向，其整体即为永磁铁。含有离子的水溶液经过具备毛细通道的永磁铁结构时，每个单独的铁磁颗粒/纤维相对于每一条毛细水流都属于外加磁场(符合正常霍尔效应)，每一条毛细水流相对于每个单独的铁磁颗粒/纤维都属于外加电场(符合反常霍尔效应)，同时，单独的铁磁颗粒/纤维互相连接为牢固的永磁铁整体，众多的毛细水流具备统计意义上的定向流动，最终的横向电压包括正常霍尔效应带来的动生电动势(液基载流子的定向分离)，也包括毛细水“电流”作用于永磁铁本身带来的非对称因素(反常速度或不对称散射)引发的横向电荷积累(固基载流子的定向分离)。本专利技术将以定向移动的毛细水作为电流，以具备毛细通道的铁磁材料作为基体，以环境热作为动力来源，固/液态载流子定向分离实现热电转换的现象称为“CHA
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Hall效应”(Capillary Hydrovoltaic Anomalous Hall effect，毛细水伏反常霍尔效应)。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：
[0006]基于“CHA
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Hall效应”的水伏发电与净水生产装置功能区的制备方法，包括如下步骤：
[0007](1)将铁磁材料与分散体及支架材料复合得到均匀浆料；
[0008](2)将均匀浆料涂覆于氧化铝陶瓷基底上或置于氧化铝陶瓷模具中，将陶瓷基底或模具放入马弗炉中或者真空炉中，退火，自然冷却至室温，获得具备毛细通道的铁磁材料；
[0009](3)采用充磁机对具备毛细通道的铁磁材料进行定向充磁；
[0010](4)在具备毛细通道的铁磁材料左右两侧或者上下两侧添加电极；
[0011](5)将具备毛细通道的铁磁材料底部置于盐溶液或者水溶液中，以环境热作为动力来源，固/液态载流子定向分离实现热电转换。
[0012]步骤(1)中的铁磁材料包括铁氧体、羧基化铁氧体、氨基化铁氧体、铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、稀土永磁材料和复合永磁材料，分散体包括乙醇、松节油透醇、水、丙醇、乙二醇，支架材料包括乙基纤维素、玻璃纤维、细菌纤维素、氧化物纤维、碳纤维。
[0013]步骤(1)中的铁磁材料为颗粒状或者纤维状，颗粒尺寸为10nm
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100μm，纤维直径为10nm
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50μm，长度为10μm
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100mm，支架材料为纤维状，纤维直径为10nm
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50μm，长度为10μm
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100mm，铁磁材料与分散体的质量比为1∶10
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10∶1，铁磁材料与支架材料的质量比为1∶10
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10∶1。
[0014]步骤(2)中的退火温度为200℃
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1000℃，退火时间为30min
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360min，自然冷却至室温。
[0015]步骤(3)中的充磁机工作电压为0V
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1200V，瞬间充磁电流为3000A
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20000A。
[0016]步骤(4)中的电极材料为无机导电材料或金属导电材料。
[0017]步骤(5)中的具备毛细通道的铁磁材料底部置于盐溶液时，液态载流子先于固态载流子进行定向分离，具备毛细通道的铁磁材料底部置于水溶液时，液态载流子与固态载流子可同时进行定向分离，可在两个方向得到电势差。
[0018]本专利技术具有如下优势：
[0019](1)本专利技术所述方法制备的水伏发电与净水生产装置功能区能够依靠毛细作用和
水蒸发自发产生电能，发电方式高度自发，受环境限制少，并且能够长时间维持，适用于多种应用场景。
[0020](2)本专利技术所述方法制备的水伏发电与净水生产装置功能区采用可以收集水蒸气产生净水，用海水进行蒸发发电时，可以生产淡水。
[0021](3)本专利技术所述方法提出并基于“CHA...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于“CHA
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Hall效应”的水伏发电与净水生产装置功能区的制备方法，包括如下步骤：(1)将铁磁材料与分散体及支架材料复合得到均匀浆料；(2)将均匀浆料涂覆于氧化铝陶瓷基底上或置于氧化铝陶瓷模具中，将陶瓷基底或模具放入马弗炉中或者真空炉中，退火，自然冷却至室温，获得具备毛细通道的铁磁材料；(3)采用充磁机对具备毛细通道的铁磁材料进行定向充磁；(4)在具备毛细通道的铁磁材料左右两侧或者上下两侧添加电极；(5)将具备毛细通道的铁磁材料底部置于盐溶液或者水溶液中，以环境热作为动力来源，固/液态载流子定向分离实现热电转换。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的铁磁材料包括铁氧体、羧基化铁氧体、氨基化铁氧体、铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、稀土永磁材料和复合永磁材料，分散体包括乙醇、松节油透醇、水、丙醇、乙二醇，支架材料包括乙基纤维素、玻璃纤维、细菌纤维素、氧化物纤维、碳纤维。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的铁磁材料为颗粒状或者纤维状，颗粒尺寸为10nm
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100μm，纤维直径为10nm
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50μm，长度为10μm

【专利技术属性】
技术研发人员：苗中正，
申请(专利权)人：盐城师范学院，
类型：发明
国别省市：