一种纤维基蒸发发电机及其制备方法

本发明涉及柔性织物基能量转换材料制备，尤其涉及一种纤维基蒸发发电机及其制备方法。

背景技术：

1、随着可穿戴技术的发展，小型电子设备中的柔性电源发展是必不可少的，近年来，有科研人员制备新型能量转换装置，将环境热能转换为电能，实现为一些小型电子设备供能或自供能传感器的潜在应用，但是该器件的柔韧性、耐用性等限制其进一步发展。

2、目前，水蒸发发电作为清洁的发电方式正在逐渐发展，科学家们利用不同的着碳方式及进行水蒸发发电，如采用碳颗粒薄膜作为蒸发发电器件的核心部分，但是由于其本身的脆性，限制其在柔性电子领域的应用。并且，碳颗粒薄膜一般无法实现独立支撑，其需要附着在基底材料上才能够实现其发电性能。

3、公开号为cn106208810a的发明专利提供了一种用于蒸发发电的发电组件的制备方法，该用于蒸发发电的组件包括载片、第一电极、第二电极和碳材料层，其制备方法具体为：首先，采用导电材料在电绝缘的载片表面制成两个互相平行的电极；然后采用印刷的方式将含有碳材料的浆料搭接在第一电极与第二电极之间；最后对印刷好的浆料层进行退火处理，在两个电极之间形成碳材料层。但是，该用于蒸发发电的组件存在工艺复杂，柔性差的技术缺陷。

4、有鉴于此，有必要设计一种改进的纤维基蒸发发电机及其制备方法，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种纤维基蒸发发电机及其制备方法。

2、为实现上述发明目的，本发明提供了一种纤维基蒸发发电机，其为水蒸发驱动的水伏发电装置，其包括碳发电层和电极；

3、所述碳发电层具有水伏效应，其为由导电碳材料、非金属媒介材料、非质子极性溶剂、纤维、介质五者混合烘干而成的复合碳浆薄膜；所述复合碳浆薄膜的厚度为0.1～0.7mm；

4、所述碳发电层中，所述导电碳材料、非金属媒介材料、非质子极性溶剂、纤维、介质之间的混合质量比例为(0.05～0.15)g：(0.3～0.9)g：(20～70)g：(0.1～0.6)g：(3-10)g。

5、作为本发明的进一步改进，所述非金属媒介材料为虫胶、沥青、牛血清白蛋白、合成橡胶、环氧树脂中的一种或多种组合。

6、作为本发明的进一步改进，所述非质子极性溶剂为乙腈、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、六甲基磷酰三胺中的一种或多种组合。

7、作为本发明的进一步改进，所述纤维为高分子量聚乙烯纤维、棉纤维、天丝、玄武岩、碳纤中的一种或多种组合。

8、作为本发明的进一步改进，所述介质为染料、氧化钡、氧化铁、氧化铝、氧化锌中的一种或多种组合。

9、作为本发明的进一步改进，所述导电碳材料为蜡烛碳黑、橡胶用碳黑、科琴黑、乙炔黑、喷雾碳黑、碳纳米管、石墨烯、mxene、石墨炔、氧化石墨烯中的一种或多种组合。

10、为实现上述发明目的，本发明还提供了上述纤维基蒸发发电机的制备方法，包括如下步骤：

11、s1，将导电碳材料、非质子极性溶剂、非金属媒介材料、介质按(0.05～0.15)g：(20～70)g：(0.3～0.9)g：(3-10)g质量比例混合并油浴处理，制备混合碳浆；

12、s2，将纤维加入所述混合碳浆中搅拌处理，得到复合碳浆；

13、s3，将所述复合碳浆均匀涂抹在载体上，进行烘干及剥离处理，得到复合碳浆薄膜；

14、s4，在复合碳浆薄膜上设置正/负电极，得到纤维基蒸发发电机，并在负极上滴加水，进行水蒸发发电。

15、作为本发明的进一步改进，步骤s1的制备过程为：将导电碳材料、非质子极性溶剂、非金属媒介材料、介质按比例混合，在50～80℃下油浴处理0.5～4h。

16、作为本发明的进一步改进，步骤s4中，滴水量为10-50μl。

17、作为本发明的进一步改进，所述纤维基蒸发发电机的尺寸为：宽度1～5cm，长度3～9cm，厚度0.1～0.7mm。

18、本发明的有益效果是：

19、1、本发明提供的纤维基蒸发发电机，采用导电碳材料、非金属媒介材料、非质子极性溶剂、纤维、介质五元复合碳浆薄膜体系作为碳发电层，通过添加非金属媒介材料来增加碳浆的粘附性，通过添加介质来增加器件的电阻，通过采用非质子极性溶剂来使导电碳材料均匀分散，提高导电碳材料比表面积，增强导电性，通过纤维来调控碳浆薄膜的厚度和均匀性，增强薄膜的柔韧性和稳定性能，并且基于五元体系中各材料之间的相互作用，共同促进纤维基蒸发发电机的耐用性能和输出性能。

20、2、本发明提供的纤维基蒸发发电机的制备方法，基于导电碳材料、非金属媒介材料、非质子极性溶剂、纤维、介质五元复合碳浆薄膜体系，采用先制备导电碳材料、非金属媒介材料、非质子极性溶剂、介质混合碳浆，后再添加纤维制备复合碳浆的两步混合法，其能够提高发电机的耐用性和输出性能，克服了一步混合法存在的难成形、柔韧性差的技术缺陷。

技术特征：

1.一种纤维基蒸发发电机，其特征在于：所述纤维基蒸发发电机为水蒸发驱动的水伏发电装置，其包括碳发电层和电极；

2.根据权利要求1所述的一种纤维基蒸发发电机，其特征在于：所述非金属媒介材料为虫胶、沥青、牛血清白蛋白、合成橡胶、环氧树脂中的一种或多种组合。

3.根据权利要求1所述的一种纤维基蒸发发电机，其特征在于：所述非质子极性溶剂为乙腈、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、六甲基磷酰三胺中的一种或多种组合。

4.根据权利要求1所述的一种纤维基蒸发发电机，其特征在于：所述纤维为高分子量聚乙烯纤维、棉纤维、天丝、玄武岩、碳纤中的一种或多种组合。

5.根据权利要求1所述的一种纤维基蒸发发电机，其特征在于：所述介质为染料、氧化钡、氧化铁、氧化铝、氧化锌中的一种或多种组合。

6.根据权利要求1所述的一种纤维基蒸发发电机，其特征在于：所述导电碳材料为蜡烛碳黑、橡胶用碳黑、科琴黑、乙炔黑、喷雾碳黑、碳纳米管、石墨烯、mxene、石墨炔、氧化石墨烯中的一种或多种组合。

7.权利要求1至6中任一项权利要求所述的一种纤维基蒸发发电机的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种纤维基蒸发发电机的制备方法，其特征在于：步骤s1的制备过程为：将导电碳材料、非质子极性溶剂、非金属媒介材料、介质按比例混合，在50～80℃下油浴处理0.5～4h。

9.根据权利要求7所述的一种纤维基蒸发发电机的制备方法，其特征在于：步骤s4中，滴水量为10-50μl。

10.根据权利要求7所述的一种纤维基蒸发发电机的制备方法，其特征在于：所述纤维基蒸发发电机的尺寸为：宽度1～5cm，长度3～9cm，厚度0.1～0.7mm。

技术总结本发明提供了一种纤维基蒸发发电机及其制备方法。所述纤维基蒸发发电机，其为水蒸发驱动的水伏发电装置，其包括碳发电层和电极；所述碳发电层具有水伏效应，其为由导电碳材料、非金属媒介材料、非质子极性溶剂、纤维、介质五者混合烘干而成的复合碳浆薄膜。基于五元体系中各材料之间的相互作用，共同促进纤维基蒸发发电机的耐用性能和输出性能。技术研发人员：夏良君,付专,郭健宏,张乐岩,宫钧耀,钟丹丹,龙玮皓,周思婕,徐卫林受保护的技术使用者：武汉纺织大学技术研发日：技术公布日：2024/9/26