本發(fā)明涉及水蒸發(fā)發(fā)電，具體而言，尤其涉及一種三維全陶瓷復(fù)合結(jié)構(gòu)水伏納米發(fā)電器件及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、利用清潔可持續(xù)發(fā)展的綠色能源轉(zhuǎn)化為電能，替代傳統(tǒng)化石能源，已經(jīng)成為近年來人類應(yīng)對(duì)全球能源危機(jī)及環(huán)境變暖等問題的新策略。但傳統(tǒng)的新能源捕獲技術(shù)如風(fēng)能發(fā)電、太陽能發(fā)電、潮汐能發(fā)電等，仍存在投資回報(bào)低、受地理?xiàng)l件影響大和產(chǎn)能受限等問題，限制其發(fā)展，且無法滿足當(dāng)今社會(huì)對(duì)能源的巨大需求。水蒸發(fā)現(xiàn)象在自然界中無處不在，是無限循環(huán)的，因此，研究水蒸發(fā)能量轉(zhuǎn)化的應(yīng)用具有重要意義。未來，隨著新材料、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，水伏發(fā)電機(jī)的性能和效率將得到進(jìn)一步提升。因此通過設(shè)計(jì)新型器件結(jié)構(gòu)、選用合適材料、改進(jìn)制備工藝以提高水伏納米發(fā)電機(jī)的性能對(duì)水伏發(fā)電領(lǐng)域具有重要意義。

2、利用水蒸發(fā)誘導(dǎo)發(fā)電，其發(fā)電器件需滿足多孔且親水，采用的材料體系也在不斷豐富，從最初的碳納米顆粒拓展到石墨烯材料、導(dǎo)電聚合物、納米結(jié)構(gòu)硅和金屬有機(jī)框架等其他多孔材料或復(fù)合材料。但其器件構(gòu)型大多是薄膜狀(僅僅通過涂覆或是附著在骨架材料上)，該構(gòu)型存在局限性，如薄膜器件在與水接觸后易脫落、機(jī)械穩(wěn)定性差、發(fā)電性能不穩(wěn)定等。因此，器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與構(gòu)筑對(duì)提升器件機(jī)械穩(wěn)定性及輸出性能起著至關(guān)重要的作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)目前水蒸發(fā)發(fā)電器件存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種三維全陶瓷復(fù)合結(jié)構(gòu)水伏納米發(fā)電器件及其制備方法，解決了現(xiàn)有發(fā)電器件發(fā)電性能較低且機(jī)械穩(wěn)定性差的問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明一方面提供一種三維全陶瓷復(fù)合結(jié)構(gòu)水伏納米發(fā)電器件，所述器件包括具有納米孔的絕緣陶瓷，所述絕緣陶瓷沿長度方向的一端連接有具有納米孔的導(dǎo)電陶瓷，或所述絕緣陶瓷沿長度方向的兩端分別連接有具有納米孔的導(dǎo)電陶瓷；所述絕緣陶瓷與導(dǎo)電陶瓷為一體成型結(jié)構(gòu)；具有納米孔的絕緣陶瓷用于提供電壓，具有納米孔的導(dǎo)電陶瓷用于集流取電。

4、上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，所述導(dǎo)電陶瓷的材料為氧化銻錫、氧化銦錫、氧化氟錫、氧化鋅、氧化銅，以及銀、銅、金、鉑、鈀及其合金中的任意一種。

5、上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，所述絕緣陶瓷的材料為氧化鋁、氧化硅、氧化鐵、二氧化鈦中的任意一種。

6、上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，所述納米孔的孔徑為10-30nm。

7、上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，所述器件的形狀為四棱柱狀、圓柱狀、片狀的任意一種。

8、本發(fā)明另一方面提供一種上述三維全陶瓷復(fù)合結(jié)構(gòu)水伏納米發(fā)電器件的制備方法，所述方法包括以下步驟：

9、(1)將納米導(dǎo)電陶瓷材料粉體放入球磨機(jī)中，在助磨劑作用下與粘結(jié)劑混合研磨，烘干，得到導(dǎo)電陶瓷粉體；

10、(2)將納米絕緣陶瓷材料粉體放入球磨設(shè)備中，在助磨劑作用下與粘結(jié)劑混合研磨，烘干，得到絕緣陶瓷粉體；

11、(3)將導(dǎo)電陶瓷粉體和絕緣粉體分區(qū)域放入模具中，導(dǎo)電陶瓷粉體與絕緣陶瓷粉體界面直接接觸，利用共壓成型技術(shù)壓制成型，得到生坯；

12、(4)生坯經(jīng)燒結(jié)后，得到三維全陶瓷復(fù)合結(jié)構(gòu)水伏納米發(fā)電器件。

13、上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，步驟(1)、步驟(2)中，所述助磨劑包括乙醇或去離子水；

14、所述粘結(jié)劑包括pvb或pva。

15、上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，步驟(3)中，所述共壓成型施加壓力為100-200mpa。

16、上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，步驟(4)中，所述燒結(jié)的溫度為800-1000℃，時(shí)間為5-10小時(shí)。

17、上述水伏納米發(fā)電器件的使用方法：

18、將水伏納米發(fā)電器件的導(dǎo)電陶瓷一端沒入水中，導(dǎo)電陶瓷與絕緣陶瓷分別引出導(dǎo)線用于連接用電器，絕緣陶瓷提供電壓，電壓與絕緣陶瓷長度成正比。上述發(fā)電器件可串聯(lián)或并聯(lián)，用以獲得更大的電流或電壓。

19、本發(fā)明的有益效果為：

20、本發(fā)明的水伏納米發(fā)電器件通過三維納米孔導(dǎo)電陶瓷，增加了集流取電面積，保證了器件可產(chǎn)生較大電流，絕緣部分保證器件產(chǎn)生的電壓，導(dǎo)電陶瓷的有效孔表面積以及絕緣陶瓷長度分別與電流大小和電壓大小成正比。

21、本發(fā)明的水伏納米發(fā)電器件通過共壓成型技術(shù)制備，工藝簡單，制得的發(fā)電器件機(jī)械穩(wěn)定性高，且內(nèi)部陶瓷結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，保障了器件輸出性能穩(wěn)定性，解決了傳統(tǒng)發(fā)電器件遇水易受損，機(jī)械穩(wěn)定性不高，電流小，發(fā)電性能不穩(wěn)定的問題。

22、通過多個(gè)器件串聯(lián)或并聯(lián)后增加電壓、電流與輸出功率，未來應(yīng)用前景廣泛，對(duì)加速水伏發(fā)電領(lǐng)域未來發(fā)展具有重要意義。

技術(shù)特征：

1.一種三維全陶瓷復(fù)合結(jié)構(gòu)水伏納米發(fā)電器件，其特征在于，所述器件包括具有納米孔的絕緣陶瓷，所述絕緣陶瓷沿長度方向的一端連接有具有納米孔的導(dǎo)電陶瓷，或所述絕緣陶瓷沿長度方向的兩端分別連接有具有納米孔的導(dǎo)電陶瓷；所述絕緣陶瓷與導(dǎo)電陶瓷為一體成型結(jié)構(gòu)；具有納米孔的絕緣陶瓷用于提供電壓，具有納米孔的導(dǎo)電陶瓷用于集流取電。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維全陶瓷復(fù)合結(jié)構(gòu)水伏納米發(fā)電器件，其特征在于，所述導(dǎo)電陶瓷的材料為氧化銻錫、氧化銦錫、氧化氟錫、氧化鋅、氧化銅，以及銀、銅、金、鉑、鈀及其合金中的任意一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維全陶瓷復(fù)合結(jié)構(gòu)水伏納米發(fā)電器件，其特征在于，所述絕緣陶瓷的材料為氧化鋁、氧化硅、氧化鐵、二氧化鈦中的任意一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維全陶瓷復(fù)合結(jié)構(gòu)水伏納米發(fā)電器件，其特征在于，所述納米孔的孔徑為10-30nm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維全陶瓷復(fù)合結(jié)構(gòu)水伏納米發(fā)電器件，其特征在于，所述器件的形狀為四棱柱狀、圓柱狀、片狀的任意一種。

6.一種權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述三維全陶瓷復(fù)合結(jié)構(gòu)水伏納米發(fā)電器件的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)、步驟(2)中，所述助磨劑包括乙醇或去離子水；

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述共壓成型施加壓力為100-200mpa。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，所述燒結(jié)的溫度為800-1000℃，時(shí)間為5-10小時(shí)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于水蒸發(fā)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三維全陶瓷復(fù)合結(jié)構(gòu)水伏納米發(fā)電器件及其制備方法。所述器件包括具有納米孔的絕緣陶瓷，所述絕緣陶瓷沿長度方向的一端連接有具有納米孔的導(dǎo)電陶瓷，或所述絕緣陶瓷沿長度方向的兩端分別連接有具有納米孔的導(dǎo)電陶瓷；所述絕緣陶瓷與導(dǎo)電陶瓷為一體成型結(jié)構(gòu)；具有納米孔的絕緣陶瓷用于提供電壓，具有納米孔的導(dǎo)電陶瓷用于集流取電。本發(fā)明的水伏納米發(fā)電器件通過共壓成型技術(shù)制備，工藝簡單，制得的發(fā)電器件機(jī)械穩(wěn)定性高，且內(nèi)部陶瓷結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，保障了器件輸出性能穩(wěn)定性，未來應(yīng)用前景廣泛，對(duì)加速水伏發(fā)電領(lǐng)域未來發(fā)展具有重要意義。

技術(shù)研發(fā)人員：童菁菁,侯李奕含,方佳旭,劉娟
受保護(hù)的技術(shù)使用者：大連海事大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30