柔性无机氧化物纳米纤维水伏发电薄膜及制备方法

本发明涉及水伏发电领域，具体涉及一种柔性无机氧化物纳米纤维水伏发电薄膜及制备方法。

背景技术：

1、随着全球能源需求的持续增长，环境友好、可持续的新能源技术成为研究热点。其中，利用水循环过程中的能量转换技术，尤其是水伏效应，为能源领域带来了新的突破。水伏效应利用纳米材料与水之间的相互作用，将水的蒸发或流动能量转化为电能，具有广阔的应用前景。

2、然而，现有的水伏器件大多基于纳米颗粒薄膜制备而成，存在机械性能和稳定性差的问题。纳米材料之间缺乏有效的绑定机制，导致薄膜在长期使用过程中易损坏，影响器件的性能和寿命。此外，纳米通道的尺寸调控困难，固-液界面相互作用弱，使得器件的输出电压和电流较低，难以满足实际应用的需求。因此，开发一种具有优异机械性能和稳定性，同时能够实现纳米通道尺寸精确调控的新型水伏材料，对于提高水伏器件的性能和拓宽其应用范围具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种柔性无机氧化物纳米纤维水伏发电薄膜及制备方法，解决现有技术中水伏器件机械性能和稳定性差的技术问题。

2、为达到上述技术目的，本发明提供的技术方案是：

3、第一方面，本发明提供一种柔性无机氧化物纳米纤维水伏发电薄膜的制备方法，包括如下步骤：（1）配置前驱体溶液：将无机氧化物的前驱体与溶剂、稳定剂、表面活性剂混合均匀，得到前驱体溶液；（2）静电纺丝：将前驱体溶液通过静电纺丝形成纳米纤维；（3）热处理：将纳米纤维进行热处理，使前驱体分解并转化为无机氧化物纳米纤维膜；（4）柔性化处理：将无机氧化物纳米纤维膜进行柔性化处理，得到柔性无机氧化物纳米纤维水伏发电薄膜。

4、第二方面，本发明提供一种上述制备方法制得的柔性无机氧化物纳米纤维水伏发电薄膜，该薄膜是由纳米纤维交错排列形成的，纳米纤维之间的孔隙连通形成微纳尺度的通道。

5、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

6、本发明利用静电纺丝技术结合热处理工艺，制备出具有高机械强度、优异水伏发电性能的柔性无机氧化物纳米纤维水伏发电薄膜；本发明的发电薄膜，以纳米纤维交错排列形成，纳米纤维之间的孔隙连通形成微纳尺度的通道，纤维直径和通道孔径可控，且无机氧化物纳米纤维具有较大的比表面积和优异的电荷传输性能，有利于提高水伏发电效率；本发明薄膜具有结构简单、制备工艺易行、成本低廉、发电效率高等优点，引入柔性基材使得无机氧化物纳米纤维膜具有良好的柔韧性，能够适应各种复杂形状的表面，且具有自清洁性，可广泛应用于海洋能源、水利发电等领域。

技术特征：

1.一种柔性无机氧化物纳米纤维水伏发电薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的柔性无机氧化物纳米纤维水伏发电薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，将无机氧化物的前驱体与溶剂、稳定剂、表面活性剂混合，通过搅拌或超声波的方式使原料完全溶解，得到稳定的前驱体溶液。

3.根据权利要求1所述的柔性无机氧化物纳米纤维水伏发电薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，前驱体、稳定剂、表面活性剂和溶剂的质量比为（10～100）：（1～5）：（1～10）：100。

4.根据权利要求1所述的柔性无机氧化物纳米纤维水伏发电薄膜的制备方法，其特征在于，前驱体包括硅酸乙酯、钛酸四丁酯、异丙醇铝、九水硝酸铝和乙酸锆中的一种或多种；溶剂包括去离子水、乙醇、甲醇和丙酮中的一种或多种；稳定剂包括聚乙烯吡咯烷酮、甘油和乙二醇中的一种或多种；表面活性剂包括十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、氯化鲸蜡基三甲基铵和苯扎氯铵中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的柔性无机氧化物纳米纤维水伏发电薄膜的制备方法，其特征在于，前驱体溶液的ph值在2～6。

6.根据权利要求1所述的柔性无机氧化物纳米纤维水伏发电薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，静电纺丝的工艺参数包括：纺丝电压为1～40kv；纺丝流量为0.5～6ml/h；接收距离为5cm～30cm，接收滚轴转速为50rpm～6000rpm,环境温度为20℃～50℃、湿度为20%～80%，纺丝时间为0.5h～3h。

7.根据权利要求1所述的柔性无机氧化物纳米纤维水伏发电薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，热处理的加热温度为400℃～1000℃，保温时间1～6h。

8.根据权利要求1所述的柔性无机氧化物纳米纤维水伏发电薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，柔性化处理包括：将无机氧化物纳米纤维膜浸泡在浓度为0.1g/ml～1g/ml的柔性基材的溶液中1～3h；所述柔性基材包括橡胶、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯膜、聚乙烯醇、三元乙丙橡胶、聚氨酯和聚二甲基硅氧烷中的一种或多种。

9.如权利要求1-8任一项所述制备方法制得的柔性无机氧化物纳米纤维水伏发电薄膜，其特征在于，所述薄膜是由纳米纤维交错排列形成的，纳米纤维之间的孔隙连通形成微纳尺度的通道，所述通道的孔径为50nm～1500nm；所述薄膜的孔隙率在20%以上。

10.根据权利要求9所述的柔性无机氧化物纳米纤维水伏发电薄膜，其特征在于，所述纳米纤维的直径为10nm～10μm；所述薄膜的厚度为10nm～600μm。

技术总结本发明涉及一种柔性无机氧化物纳米纤维水伏发电薄膜及制备方法，包括如下步骤：将无机氧化物的前驱体与溶剂、稳定剂、表面活性剂混合均匀，得到前驱体溶液；将前驱体溶液通过静电纺丝形成纳米纤维；将纳米纤维进行热处理，使前驱体分解并转化为无机氧化物纳米纤维膜；将无机氧化物纳米纤维膜进行柔性化处理，得到柔性无机氧化物纳米纤维水伏发电薄膜。本发明的发电薄膜以纳米纤维交错排列形成，纳米纤维之间的孔隙连通形成微纳尺度的通道，纤维直径和通道孔径可控，且无机氧化物纳米纤维具有较大的比表面积和优异的电荷传输性能，有利于提高水伏发电效率；具有良好的柔韧性，能够适应各种复杂形状的表面，且具有自清洁性。技术研发人员：杨辉宇,檀正飞,程晓华,陈蓉,刘海,龚春丽受保护的技术使用者：湖北工程学院技术研发日：技术公布日：2024/9/2