一种气-固界面摩擦纳米发电机及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于摩擦纳米发电技术领域，尤其涉及一种气

【技术实现步骤摘要】
一种气
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固界面摩擦纳米发电机及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于摩擦纳米发电
，尤其涉及一种气
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固界面摩擦纳米发电机及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]摩擦纳米发电技术于2012年由王中林院士团队率先专利技术，在过去的十年间，摩擦纳米发电机有了长足的发展。摩擦纳米发电机的原理是利用接触起电效应和静电感应效应的耦合，将环境中的微小机械能转换电能，是对现有能源的强有力的补充。摩擦纳米发电机的接触界面包括了：固
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固界面，液
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固界面、气
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固界面、液
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液界面等，广泛的作用界面促使摩擦纳米发电机可以应用在不同的环境中。
[0003]由于地球淡水资源的分布不均和严重匮乏，淡水资源的收集显得尤为重要。目前，关于淡水资源收集的研究大都基于水的蒸腾作用，利用光热转换器件将光转换为热，促进海水的蒸腾，实现海水淡化，在此过程中，由于水的蒸腾作用使水分子向上运动，存在巨大的机械能，然而该机械能却从未被利用。一旦被利用并将其转换为电能，将在很大程度上补充现有电能的不足。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种气
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固界面摩擦纳米发电机及其制备方法和应用，本专利技术提供的摩擦纳米发电机不仅可以将水蒸腾作用中的机械能转化为电能，还可以促进水的蒸发，实现海水淡化。
[0005]本专利技术提供了一种气
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固界面摩擦纳米发电机，包括依次接触的吸水层、光热层和起电层；
[0006]所述吸水层的成分包括水凝胶；
[0007]所述光热层的成分包括光热转换材料和水凝胶；
[0008]所述起电层的成分包括接触起电材料，所述接触起电材料与水接触和分离的过程中可产生电荷。
[0009]优选的，所述吸水层和光热层中的水凝胶独立地选择聚丙烯酰胺基水凝胶、聚乙烯醇基水凝胶、聚氧乙烯基水凝胶和聚丙烯酸基水凝胶中的一种或多种。
[0010]优选的，所述光热层中光热转换材料的含量为0.1～0.5wt％。
[0011]优选的，所述光热转换材料和接触起电材料均为黑色导电材料。
[0012]优选的，所述光热转换材料和接触起电材料独立地选择炭黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯、聚吡咯、Mxene和碳纳米纤维纱中的一种或多种。
[0013]本专利技术提供了一种上述技术方案所述气
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固界面摩擦纳米发电机的制备方法，包括以下步骤：
[0014]a)将光热转换材料、水凝胶前驱体和水混合，得到光热层前驱体分散液；将所述光热层前驱体分散液固化成型，得到光热层；
[0015]b)将水凝胶前驱体和水混合，得到吸水层前驱体分散液；将所述吸水层前驱体分散液在所述光热层的单侧表面固化成型，得到光热层和吸水层的复合结构；
[0016]c)将接触起电材料覆于所述复合结构的光热层侧，得到气
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固界面摩擦纳米发电机。
[0017]优选的，步骤a)和步骤b)中，所述水凝胶前驱体包括单体、交联剂、催化剂和引发剂，或者包括聚合物和交联剂。
[0018]优选的，所述水凝胶前驱体包括丙烯酰胺、N,N
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亚甲基双丙烯酰胺、N,N,N
’
N
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四甲基乙二胺和过硫酸铵，或者包括聚乙烯醇和四硼酸钠。
[0019]本专利技术提供了一种发电方法，包括以下步骤：
[0020]将上述技术方案所述的气
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固界面摩擦纳米发电机或上述技术方案所述的制备方法制得的气
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固界面摩擦纳米发电机的吸水层端置于水中；在光照条件下，水由吸水层传输至光热层，并在光热层中转换为水蒸汽；随后水蒸汽由于蒸腾作用进入起电层，并与起电层中的触起电材料发生相互接触后分离，产生电荷。
[0021]本专利技术提供了一种海水淡化装置，包括上述技术方案所述的气
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固界面摩擦纳米发电机或上述技术方案所述的制备方法制得的气
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固界面摩擦纳米发电机。
[0022]与现有技术相比，本专利技术提供了一种气
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固界面摩擦纳米发电机及其制备方法和应用。本专利技术提供的气
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固界面摩擦纳米发电机包括依次接触的吸水层、光热层和起电层；所述吸水层的成分包括水凝胶；所述光热层的成分包括光热转换材料和水凝胶；所述起电层的成分包括接触起电材料，所述接触起电材料与水接触和分离的过程中可产生电荷。在本专利技术中，所述吸水层具备良好的吸水能力，所述光热层具备吸水和促进水蒸发的作用，所述起电层可以将水蒸发向上运动的微小机械能转化为电能。本专利技术提供的气
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固界面摩擦纳米发电机不仅可以将水蒸腾作用中的机械能转化为电能，还可以促进水的蒸发，实现海水淡化，在构建水电多重能源收集系统中具有良好的应用前景。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其它的附图。
[0024]图1为本专利技术提供的气
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固界面摩擦纳米发电机的结构示意图；
[0025]图2为本专利技术提供的不同光热层厚度的气
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固界面摩擦纳米发电机的水汽蒸发速率对比图；
[0026]图3为本专利技术提供的不同起电层厚度的气
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固界面摩擦纳米发电机的水汽蒸发速率对比图；
[0027]图4为本专利技术提供的不同光热层厚度的气
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固界面摩擦纳米发电机的摩擦发电电压对比图；
[0028]图5为本专利技术提供的不同起电层厚度的气
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固界面摩擦纳米发电机的摩擦发电电压对比图。
具体实施方式
[0029]下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]本专利技术提供了一种气
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固界面摩擦纳米发电机，包括依次接触的吸水层、光热层和起电层；
[0031]所述吸水层的成分包括水凝胶；
[0032]所述光热层的成分包括光热转换材料和水凝胶；
[0033]所述起电层的成分包括接触起电材料，所述接触起电材料与水接触和分离的过程中可产生电荷。
[0034]在本专利技术提供的气
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固界面摩擦纳米发电机中，吸水层中，所述水凝胶包括但不限于聚丙烯酰胺基水凝胶、聚乙烯醇基水凝胶、聚氧乙烯基水凝胶和聚丙烯酸基水凝胶中的一种或多种。
[0035]在本专利技术提供的气<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气
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固界面摩擦纳米发电机，其特征在于，包括依次接触的吸水层、光热层和起电层；所述吸水层的成分包括水凝胶；所述光热层的成分包括光热转换材料和水凝胶；所述起电层的成分包括接触起电材料，所述接触起电材料与水接触和分离的过程中可产生电荷。2.根据权利要求1所述的气
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固界面摩擦纳米发电机，其特征在于，所述吸水层和光热层中的水凝胶独立地选择聚丙烯酰胺基水凝胶、聚乙烯醇基水凝胶、聚氧乙烯基水凝胶和聚丙烯酸基水凝胶中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的气
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固界面摩擦纳米发电机，其特征在于，所述光热层中光热转换材料的含量为0.1～0.5wt％。4.根据权利要求1所述的气
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固界面摩擦纳米发电机，其特征在于，所述光热转换材料和接触起电材料均为黑色导电材料。5.根据权利要求4所述的气
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固界面摩擦纳米发电机，其特征在于，所述光热转换材料和接触起电材料独立地选择炭黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯、聚吡咯、Mxene和碳纳米纤维纱中的一种或多种。6.一种权利要求1～5任一项所述气
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固界面摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a)将光热转换材料、水凝胶前驱体和水混合，得到光热层前驱体分散液；将所述光热层前驱体分散液固化成型，得到光热层；b)将水凝胶前驱体和...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海明，林浩浩，袁应立，王梦杰，茅东升，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：