[发明专利]一种石墨烯-铝基水伏与海水淡化器件功能区的制备方法

说明书

本发明提供一种石墨烯‑铝基水伏与海水淡化器件功能区的制备方法。将氧化石墨烯与铝颗粒分散在溶剂中搅拌混合，得到氧化石墨烯包覆铝核壳结构；在基底上设有上电极和下电极的一面，涂覆氧化石墨烯包覆铝浆料，采用微波法还原氧化石墨烯，得到石墨烯‑铝基水伏与海水淡化器件功能区。本发明所述方法制备的水伏与海水淡化器件能够依靠涂层的毛细作用和水蒸发自发产生电能，发电方式高度自发，受环境限制少，利用等离激元效应吸收光照加热水，达到更快速蒸发的效果，增加输出功率与淡水产出。

技术领域

本发明涉及水蒸发产电器件与海水淡化器件制备领域，尤其是一种石墨烯-铝基水伏与海水淡化器件功能区的制备方法。

背景技术

水与能量密切相关，维持着地球系统的能量循环，生物体的温度平衡，是天然的吸能器、储能器、换能器和传能器。太阳辐射到达地表能量的近70％被水吸收，水在地球上动态吸纳释放能量的年平均功率高达60万亿千瓦，比全人类年平均能量消耗功率高出3个数量级。水以热能、动能的形式存储所吸收的热量，更以蒸发、凝结、形云布雨、兴风作浪的形式，把存储的太阳能转化成机械能等多种形式的能量。传统的水能利用模式受自然条件的限制大，容易被地形、气候等外部因素所影响，大型设施设备的建造和使用容易导致生态破坏和成本提升。纳米材料具有显著的量子效应和表面效应，可与各种形式的水发生耦合而输出显著的电信号，如石墨烯可通过双电层的边界运动将拖动和下落水滴的能量直接转化为电能、也可将海水波动能转化为电能。碳黑等纳米结构材料可通过大气环境下无所不在的水的自然蒸发，持续产生伏级的电能。这类直接转化水能为电能的现象称为“水伏效应”。水伏效应为全链条式捕获地球水循环的水能开辟了全新的方向，提升了水能利用能力。苗中正建立了“水伏电池”中的“PN结”概念，通过功能区的非对称设计实现了内建电场以及载流子的梯度变化，在水伏科学与技术领域做出了开创性的研究。水伏效应的研究刚刚起步，需要开发应用环境多样化、能量转化高效、发电成本低廉的新型水伏材料与器件。

随着全球人口数量增加、水污染问题日益严重和地下水的过度开采，水资源缺乏已成为人类社会面临的主要危机之一。有预测称，到了2025年，世界上将有半数的国家面临淡水资源紧张的严峻形势，而到2050年，世界上75％的人口将面临水资源短缺的困境。因此，提升淡水资源供给能力至关重要。随着绿色共享发展理念不断深入，作为“开源”的重要补给储备，海水淡化被视作“解渴”沿海的首善之选。太阳能蒸馏器的研究主要集中于材料的选取、各种热性能的改善以及将它与各类太阳能集热器配合使用上。与传统动力源和热源相比，太阳能具有安全、环保等优点，是一种可持续发展的海水淡化技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯-铝基水伏与海水淡化器件功能区的制备方法。铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素。在金属品种中，仅次于钢铁，为第二大类金属。铝颗粒利用等离激元效应吸收光照加热水，不同于传统的体加热，可以在铝颗粒的周围产生局域的高温，加热溶液产生蒸汽，达到更快速蒸发的效果。石墨烯可通过双电层理论和电动理论描述的机制捕获雨水、水流、波浪等液态水能，如波动生电、射流生电、液滴生电、蒸发生电、湿度生电等。

本发明采用如下技术方案：

一种石墨烯-铝基水伏与海水淡化器件功能区的制备方法，包括如下步骤：

(1)将氧化石墨烯与铝颗粒分散在溶剂中搅拌混合，得到氧化石墨烯包覆铝核壳结构；

(2)在基底上设有上电极和下电极的一面，涂覆氧化石墨烯包覆铝浆料，干燥后得到氧化石墨烯包覆铝涂层；

(3)采用微波法还原氧化石墨烯，得到石墨烯-铝基水伏与海水淡化器件功能区。

步骤(1)中的氧化石墨烯的尺寸为50nm-100μm，铝颗粒平均尺寸为20nm-50μm，包覆时两者尺寸不宜相差过大，氧化石墨烯与铝颗粒的质量比为0.001-0.05∶1。