一步法直接合成水伏材料的方法及其在雨刮器传感器上的应用技术

本发明专利技术涉及水伏发电及应用领域，提供了一种用等离子体增强化学气相沉积的装置一步法合成不定形碳薄膜的方法及电压式雨刮器传感器的应用

【技术实现步骤摘要】
一步法直接合成水伏材料的方法及其在雨刮器传感器上的应用


[0001]本专利技术涉及水伏材料及其应用领域，提供了一种用等离子体增强化学气相沉积的装置一步法合成不定形碳薄膜的方法及电压式雨刮器传感器的应用
。

技术介绍

[0002]随着不可再生能源的日益消耗，可再生的新能源材料已成为研究热点
。
其中水伏发电，将水能转化成电能的新途径开拓了新能源发电方向的新领域
。(
参见
Nat.Nanotechnol.2018,13,1109
‑
1119
；
Adv.Funct.Mater.2019,29
，
1901069
；
ACS Materials Lett.2021,3,193
‑
209)。
不同与以往的水力发电技术，水力发电是用水能转换成机械能，再由机械能转换成电能的过程
。
虽然目前水力发电的技术较为成熟，但其对环境的选择极为苛刻，而且规模大，成本高
。
相较之下，水伏发电基于双电层赝电容
EDL
理论，可以将水能与风能和太阳能结合在一起进行发电，绿色环保，成本较低
。
水伏发电有多种发电模式，比如滴水势
、
拖曳势
、
蒸发势和波动势等
。
本专利技术主要设计滴水势的研究及其应用
。
[0003]经研究人员发现，碳材料有着非常良好的水伏特性，从最开始的碳纳米管到现在的石墨烯，通过一步步对机理的深入探讨，通过改变衬底基板，掺杂氮元素可以有效的提高材料的水伏性能
。(
参见
J.Am.Chem.Soc.2018,140,13746
‑
13752
；
J.Mater.Chem.A2019,7,12038
‑
12049)。
但是目前在工艺上，合成石墨烯都是要转移基板，过程比较繁琐，且耗时长，不利于产业化的生产
。
其次对于滴水势的研究比较简单，没有考虑不同实验条件对实验结果的影响
。
最关键的是，目前在滴水势的研究中并没有实际的应用产出
。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在解决以上技术问题至少其中之一，提供了一种用等离子体增强化学气相沉积的装置一步法合成水伏材料即不定形碳薄膜的方法
。
并且讨论不同实验参数对其水伏性能的影响，最后展示其在电压式雨滴传感器的应用
。
[0005]本专利技术目的第一方面，提供了一种用等离子体增强化学气相沉积一步法直接合不定形碳薄膜的方法，包括以下步骤：
[0006]S1、
将基板超声分散清洗，随后放入烘箱中干燥；
[0007]S2、
将清洁干净的基板放入等离子体增强化学气相沉积装置的高温区，并在其正上方放入一大块挡板，随后打开真空泵，并通入一定量的保护气体；
[0008]S3、
继续通入保护气体，以恒定的速度升温，最后温度到达
800
‑
900℃
；
[0009]S4、
当温度达到
800
‑
900℃
后，继续通入保护气体，打开等离子发生器，并通入一定量乙炔；
[0010]S5、
持续步骤
S4
，恒温一段时间；
[0011]S6、
当反应结束后，关闭等离子体发生器和乙炔气体，等待等离子体增强化学气相沉积装置自然冷却降温，最后得到不定形碳薄膜
。
[0012]水伏发电是一种新型的可再生能源，其中碳材料有着特别优秀的水伏特性
。
但是传统的石墨烯制作工艺较为复杂，在转移的过程中可能遇到污染和断裂的风险
。
本专利技术主要是优化这种复杂的工艺流程，用在目标基板上放置一个大型的挡板可以有效的减弱等离子的侵蚀，并且能一步法直接合成不定形碳薄膜
。
[0013]优选地，步骤
S1
中：石英板放入乙醇或者丙酮超声分散5‑
10min
，烘箱的温度设置成
60
‑
80℃
持续2‑
5min。
[0014]优选地，步骤
S2
中：该步骤的真空度为
0.01
‑
10Pa
，所述气体为氩气
、
氢气的一种或两种，气体通入流量为1‑
20sccm。
[0015]优选地，步骤
S3
中：所述加热的升温速率为5‑
25min/℃
，加热到指定温度
800
‑
900℃。
[0016]优选地，步骤
S4
中：在
800
‑
900℃
的恒温过程中，等离子体发生器的功率在
100
‑
300W
之间，通入乙炔的流量为5‑
20sccm。
[0017]优选地，步骤
S5
中：该步骤的真空度为
20
‑
50Pa
，所述气体为氩气
、
氢气
、
乙炔，气体通入流量为1‑
20sccm。
[0018]优选地，步骤
S6
持续通入氩气和氢气作为保护气体
。
[0019]优选地，基板采用石英板
。
[0020]本专利技术目的第二方面，提供了高度
、
角度
、
液滴等不同因素对滴水势电压大小的影响
。
[0021]本专利技术目的第三方面，提供了采用上述水伏材料在一种电压式雨刮器传感器上的应用，具体提供了一种电压式雨刮器传感器的模型
。
[0022]本专利技术可取得以下有益效果至少其中之一：
[0023]1)
本专利技术制备不定形碳薄膜的方法，不需要金属元素的掺杂和催化剂的添加，无污染，可重复利用；
[0024]2)
本专利技术制备工艺简单，可一步法直接生产，无序后续处理，可用于大规模生产；
[0025]3)
本专利技术讨论不同的参数对滴水势的影响，进一步的完善水伏发电的数据；
[0026]4)
本专利技术电压式雨滴传感器应用，为滴水势提供了新的可实际应用的思路，让水伏发电能够真正运用到实际生活中
。
附图说明
[0027]图1为等离子体增强化学气相沉积装置示意图；
[0028]图2为实施例1得到的不定形碳薄膜材料的拉曼光谱图；
[0029]图3为实施例1得到的不定形碳薄膜材料的场发射扫描电子显微镜图；
[0030]图4为实施例1得到的不定形碳薄膜材料的透射电子显微镜图；
[0031]图5为实施例1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一步法直接合成水伏材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
将基板清洗，清洗后干燥；
S2、
将干燥后的基板放入等离子体增强化学气相沉积装置中的高温区
(3)
，并在所述高温区
(3)
的正上方设置一挡板
(4)
，抽真空并随后通入一定量的保护气体；
S3、
继续通入保护气体，高温区
(3)
以恒定的速度升温，最后温度到达
800
‑
900℃
；
S4、
当高温区的温度达到
800
‑
900℃
后，继续通入保护气体，启动等离子体发生器并通入一定量的乙炔；
S5、
持续步骤
S4
，恒温一段时间；
S6、
当反应结束后，停止等离子体发生器同时停止通入乙炔气体，等待等离子体增强化学气相沉积装置自然冷却降温，最后得到不定形碳薄膜，即制得水伏材料
。2.
根据权利要求1所述的一步法直接合成水伏材料的方法，其特征在于，步骤
S1
中：清洗的溶剂是超纯水
、
乙醇以及丙酮中的至少一种
。3.
根据权利要求1所述的一步法直接合成水伏材料的方法，其特征在于，步骤
S2
中：所述基板为石英板<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志朋，韩奇洧，刘美，
申请(专利权)人：江西师范大学，
类型：发明
国别省市：