[发明专利]一种基于动态二极管的直流发电机及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于动态二极管的直流发电机及其制备方法，是在封闭盒体内两侧分别设有半导体层1和半导体层2，两层半导体层之间注有极性液体，极性液体与半导体层1和半导体层2均接触且可在二者之间流动；两层半导体层上均设有背电极并通过导线引出盒体外。本发明利用不同半导体之间的费米能级差将极性液体极化，在半导体/极性液体界面感应出电子或空穴。极性液体在运动过程中，新的电子/空穴不断被感应，旧的电子/空穴被从外部导出形成直流电。该发电机具有各向同性、内阻小、功率大、寿命长的优势，多个串联使用可大幅提高输出电压。此外，该发电机结构简单、小巧坚固、成本较低，可大规模推广使用。

技术领域

本发明属于发电机技术领域，涉及一种直流发电机及其制造方法，尤其涉及一种基于半导体/极性液体/半导体动态二极管的直流发电机及其制造方法。

背景技术

如今，随着大众对个人健康管理的关注日益增加，许多传感器和芯片已被用于实时监测人体的健康状况。在这种情况下，用于运行这些生物传感器和芯片的可持续且可靠的自供电电源已成为迫切需求。除了太阳能、化学能和风能之外，利用水发电具有独特优势，长期以来科学研究也一直在水发电领域努力。将环境中水的机械能转换为电能输出，突破了环境的限制，可实现一种轻质化、微型化、电流密度高、可持续供应直流电的新型发电机。

过去的20年中，已经提出了许多具有新颖机制的水发电装置，例如利用水蒸发发电，利用液滴滚动发电，利用电动效应发电等。但是，几乎所有这些装置都不产生直流电，而是产生交流电，其中电的输出方向与液体的移动方向高度相关。实际应用中，应对无序运动环境下的连续直流发电却尤为重要。因此急需一种可以在低频、无序运动下发电的高效水发电装置。

因此，本发明设计了一种基于半导体/极性液体/半导体动态二极管的直流发电机，可以将如水滴等极性溶液的机械能直接从液体/半导体界面利用极化、去极化过程转换成直流电输出。本发明的器件利用半导体层1与半导体层2之间的费米能级差将极性液体极化，在极性液体运动过程中不断在半导体中感应出电子/空穴并释放到外电路，形成电流输出。该发电机的发电方向与水等极性液体的运动方向无关，只与半导体之间的费米能极差有关。此外，本发明的基于半导体/极性液体/半导体动态二极管的直流发电机，其输出电压主要受液体移动速度、极性溶液介电常数、半导体1与半导体2之间费米能级差影响，通过改变液滴移动速度、更换不同介电常数的极性溶液、改变半导体1与半导体2间的费米能级差，可以设计改变输出电压。以基于P型硅/水/N型硅动态二极管的直流发电机为例，可实现～0.12V的电压直流电输出。通过串联连接多台发电机，发电机的性能可进一步提高。本发明器件的内阻在千欧级别，与负载电子电路的电阻相匹配，从而减少了供电过程中的电量损耗。本发明所展示的基于半导体/极性液体/半导体动态二极管发电机具有工艺简单、成本较低、可大规模集成、坚固可重复利用等诸多优点，未来有希望应用在复杂无序运动环境下的生物传感等诸多领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种便携、坚固且工艺简单的基于半导体/极性液体/半导体动态二极管的新型直流发电机及其制备方法。

本发明的基于动态二极管的直流发电机，是在封闭盒体内两侧分别设有半导体层1和半导体层2，两层半导体层之间注有极性液体，极性液体与上述两种半导体层均接触，且可在两层半导体层之间流动。所述两种半导体层上均设有背电极，并利用导线将背电极引出至盒体外，与外电路相连。所述的半导体层1、半导体层2均选自硅、砷化镓、铟镓砷、氧化锌、锗、碲化镉、氮化镓、磷化铟、二硫化钼、黑磷、二硒化钨、二碲化钼、二硒化钼、二硫化钨，且半导体层1与半导体层2之间有费米能级差。

上述技术方案中，所述的封闭塑料盒体起支撑和封闭作用。

所述的极性液体为水、甲醇、乙醇或其他有极性的溶液。

所述的背电极为金、钯、银、钛、铬、镍的一种或者几种的复合电极。

所述的导线起传导电流作用。