[发明专利]一种碳基纤维状水流纳米发电机及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳基纤维状水流纳米发电机及其制备方法，包括以下步骤(1)核‑壳状纳米粒子/碳材料纤维制备：将碳材料纤维经过丙酮、乙醇和去离子水依次超声洗涤后自然晾干，将晾干的碳材料纤维进行表面亲水处理，然后对表面经过亲水化处理的碳材料纤维进行表面纳米粒子包覆；(2)将碳材料纤维两端分别与铜导线相连，然后将铜导线穿入塑料导管中，所述碳材料纤维一端露在塑料导管外面，另一端置于塑料导管内部，在塑料导管两端分别安装进出水接头，露出的铜导线和碳材料纤维均置于所述接头外侧，并用热熔胶对连接部位进行密封。采用本发明的纳米发电机，能够方便的将流体机械能转变为电能，有利于在工业上的大规模推广和应用。

技术领域

本发明属于纳米能源与发电机技术领域，具体涉及一种碳基纤维状流体纳米发电机及其制备方法。

背景技术

近年来，随着传统化石燃料的不断衰竭，能源问题已经成为制约人类未来生存和发展的关键要素。为解决能源问题，国内外研究者们对可再生能源的开发与利用进行了大量的研究。其中，纳米发电机作为能量收集和转换的纳米技术之一，可以将分散的机械能转换为电能，这可以实现能量的充分利用，并对自发电和自驱动纳米系统装置的设计制作起到关键作用。目前，基于双电层分离机理的流体的纳米发电机已有报道，且多以碳材料为主，如碳纳米管，石墨烯等。然而，目前的水流纳米发电机还存在如下问题：(1)能量的转换效率较低，总体输出功率小；(2)发电机的结构复杂，制备工艺复杂，限制了适用范围。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明提供了一种碳基纤维状流体纳米发电机及其制备方法，该方法制备得到的流体纳米发电机能够方便的将流体机械能转变为电能，可以方便的进行电路连接，有利于在工业上的大规模推广和应用。

为了达到上述技术效果，本发明提供了一种碳基纤维状水流纳米发电机的制备方法，其特征在于，包括以下步骤(1)核-壳状纳米粒子/碳材料纤维制备：将碳材料纤维经过丙酮、乙醇和去离子水依次超声洗涤后自然晾干，将晾干的碳材料纤维进行表面亲水处理，然后对表面经过亲水化处理的碳材料纤维进行表面纳米粒子包覆，得到核-壳状纳米粒子/碳材料纤维；(2)将所制备的核-壳状纳米粒子/碳材料纤维两端分别与铜导线相连，然后将铜导线穿入塑料导管中，所述核-壳状纳米粒子/碳材料纤维一端露在塑料导管外面，另一端置于塑料导管内部，在塑料导管两端分别安装进出水接头，露出的铜导线和核-壳状纳米粒子/碳材料纤维均置于所述接头外侧，并用热熔胶对连接部位进行密封，得到碳基纤维状水流纳米发电机。

进一步的技术方案为，所述步骤(1)中碳材料纤维表面亲水处理的方法选自表面氧化、表面接枝、小分子涂覆或电沉积中的任意一种。

进一步的技术方案为，所述步骤(1)中纳米粒子包覆方法选自原位生长、涂覆、浸渍或电沉积中的任意一种。

进一步的技术方案为，所述步骤(1)中纳米粒子选自硫化物纳米粒子、氧化物纳米粒子、氮化物纳米粒子、碳化物纳米粒子及修饰或改性的硫化物纳米粒子、氧化物纳米粒子、氮化物纳米粒子、碳化物纳米粒子中的一种或多种。

进一步的技术方案为，所述步骤(1)中碳材料纤维选自碳纤维，改性碳纤维，石墨烯纤维，改性石墨烯纤维，碳纳米管纤维，活性炭纤维，富勒烯纤维或二维过渡金属碳化物复合纤维中的一种或多种。

进一步的技术方案为，所述步骤(2)中所述塑料导管中通有流体溶液，所述流体溶液选自含有碱金属或碱土金属的可溶性盐溶液、海水、血液中的任意一种。

本发明还提供了一种由上述制备方法制备得到的碳基纤维状水流纳米发电机。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：