【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水伏发电，具体涉及一种基于二氧化钛/炭黑膜的水伏发电器件及其制备方法。
技术介绍
1、埋藏在地下的煤炭，石油和天然气等自然资源，仅经过工业革命后短短两个多世纪的使用就已进入耗竭倒计时，但人类社会的发展速度仍然在不断加速，对各类能源，尤其是电力的需求增长迅猛。直到目前，全球仍有接近八成能源来自化石燃料。因此，在全球能源进入危机时刻的大背景下，寻找新的能量转换方式来取代传统化石能源成为了全世界科学家们正在全力以赴的研究方向。在全球能源体系进行绿色低碳转型升级的过程中，水被认为是一个巨大的清洁能源宝库，其利用被视为实现能源转型的重要途径之一。近年来，水伏技术的兴起为水能的利用提供了全新的思路。这项技术通过功能材料与雨滴、波浪、水流以及水分的自然蒸发等相互作用，直接将水能转化为电能。其中，水蒸发发电技术被认为是水伏发电技术中最具潜力的领域之一。水蒸发发电机利用自然界的水蒸发作为驱动力，通过材料和水的相互作用直接将大气中的热能转化为电能。与其他水能收集技术相比，水蒸发发电技术不需要任何外加机械功，具有独特的优势，被视为新一代绿色能源技术的有力竞争者。
2、南京航空航天大学纳米科学研究所团队利用功能材料与水相互作用生电的水伏效应，在炭黑薄膜中获得了持续的伏级电压，数平方厘米薄膜产生的电压能够直接驱动液晶显示模块。在这项技术中，发电过程由自然过程驱动，而不是由多余的能量驱动输入，流动的水与具有纳米结构的功能材料相互作用，输出电压可与传统电池相媲美。研究表明，用于水蒸发发电的理想材料应具有高比表面积、亲水性、带电表面和
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种基于二氧化钛/炭黑膜的水伏发电器件及其制备方法，通过二氧化钛和炭黑的协同作用实现水伏发电。
2、为了实现以上目的，本专利技术的技术方案之一为：一种基于二氧化钛/炭黑膜的水伏发电器件的制备方法，具体包括如下步骤：
3、(1)将二氧化钛、炭黑纳米颗粒、乙基纤维素和溶剂按照比例称量后均匀混合，制备成前驱溶液；
4、(2)将前驱溶液涂均匀涂覆于预先处理好的陶瓷基底片上并进行干燥；
5、(3)将干燥后的器件进行退火，结束后自然降温制得二氧化钛/炭黑膜；
6、(4)使用碳纳米管作为器件电极均匀地涂抹在器件两端，并对裸露的电极进行密封处理。
7、在本专利技术一优选实施方式中，所述步骤(1)中二氧化钛、炭黑纳米颗粒、乙基纤维素和溶剂的质量比为0.25-1:0.01-0.05:1-1.5：25-35。
8、在本专利技术一优选实施方式中，所述步骤(1)中二氧化钛作为发电功能材料，炭黑为辅助材料，用于增强发电膜的导电性能，乙基纤维素作为造孔剂和粘结剂，所用溶剂为溶剂为无水乙醇，材料混合方法为40-60℃超声混合。
9、在本专利技术一优选实施方式中，所述步骤(1)中纳米二氧化钛的粒径为30-50nm，晶型为金红石型。
10、在本专利技术一优选实施方式中，所述步骤(2)中陶瓷片基底的预处理方法为：使用乙醇超声清洗20-40min，重复2-4次，接着使用去离子水超声清洗5-15min，重复2-4次，清洗完之后在50-70℃干燥10-20min。
11、在本专利技术一优选实施方式中，所述步骤(2)中器件在烘箱中50-70℃进行干燥，时间为10-30min，干燥后在室温下自然冷却10-20min。
12、在本专利技术一优选实施方式中，所述步骤(3)中所用到的退火温度250-350℃，保温时间1.5-2.5h，升温速度为3-7℃/min。
13、在本专利技术一优选实施方式中，所述步骤(4)中判断二氧化钛/炭黑膜制备成功的标志在于：表面没有裂缝，用移液枪在二氧化钛/炭黑膜上滴一滴5μl的水滴，接触角小于8°，证明亲水性良好。
14、在本专利技术一优选实施方式中，所述步骤(4)中碳纳米管电极的宽度为2-4mm，用防水硅胶对裸露电极进行包裹。
15、为了实现以上目的，本专利技术的技术方案之二为：一种基于二氧化钛/炭黑膜的水伏发电器件制备方法制得的水伏发电器件，包括二氧化钛/炭黑膜、电极和基底，其中二氧化钛/炭黑膜疏松多孔，通过水分子和孔道之间特殊的相互作用，可以在蒸发过程中诱导电压和电流产生，将周围环境的热能转化为电能。
16、为了实现以上目的，本专利技术的技术方案之三为：一种基于二氧化钛/炭黑膜的水伏发电器件的发电性能测试方法。
17、上述测试方法具体为：
18、加入去离子水直至浸没基于二氧化钛/炭黑膜的水伏发电器件置于亚克力槽中，器件的下碳管电极；将水伏发电器件的上碳管电极、下碳管电极分别连接至源表的正极、负极来测试其开路电压和短路电流；随着水流在二氧化钛/炭黑膜的持续流动，功能材料和毛细水流的连续作用将诱导电压和电流的持续产生，得到水伏发电器件的电压/电流图。
19、为了实现以上目的，本专利技术的技术方案之四为：一种二氧化钛/炭黑膜的水伏发电器件的应用。
20、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
21、1.本专利技术利用商业化的二氧化钛和炭黑，通过简单而经济高效的制造工艺，成功制备了水伏发电器件，具备广泛的商业化应用前景；
22、2.本专利技术工艺流程简单明了，不仅能够提高生产效率，还能降低成本，使得大规模生产成为可能；
23、3.本专利技术制得的二氧化钛/炭黑膜的水伏发电器件发电性能优越，通过二氧化钛和炭黑的协同作用实现水伏发电；该器件优越的输出性能归因于二氧化钛/炭黑膜的内在特性，如亲水性，多孔结构，导电性等，二氧化钛/炭黑膜疏松多孔，通过水分子和孔道之间特殊的相互作用，可以在蒸发过程中诱导电压和电流产生，将周围环境的热能转化为电能；
24、4.本专利技术制得的二氧化钛\炭黑膜水伏发电器件可作为电源驱动小型电子设备，即无需外部电源，这些器件能够将外部热能转化为电能，为小型电子设备提供持续且可再生的电力，具有实际应用价值。
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1.一种基于二氧化钛/炭黑膜的水伏发电器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中二氧化钛、炭黑纳米颗粒、乙基纤维素和溶剂的质量比为0.25-1:0.01-0.05:1-1.5：25-35。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中溶剂为无水乙醇，混合方法为40-60℃超声混合。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中纳米二氧化钛的粒径为30-50nm，晶型为金红石型。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中陶瓷片基底的预处理方法为使用乙醇超声清洗20-40min，重复2-4次，接着使用去离子水超声清洗5-15min，重复2-4次，清洗完之后在50-70℃干燥10-20min；所述步骤(2)中干燥时间为10-30min，干燥后在室温下自然冷却10-20min。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中所用到的退火温度250-350℃，保温时间1.5-2.5h，升温速度为3-7℃/
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中碳纳米管电极的宽度为2-4mm，用防水硅胶对裸露电极进行包裹。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的制备方法制得的水伏发电器件，其特征在于，包括二氧化钛/炭黑膜、电极和基底，其中二氧化钛/炭黑膜疏松多孔。
9.一种基于二氧化钛/炭黑膜的水伏发电器件的发电性能测试方法，其特征在于，所述测试方法为：加入去离子水直至浸没基于二氧化钛/炭黑膜的水伏发电器件的下碳管电极；将水伏发电器件的上碳管电极、下碳管电极分别连接至源表的正极、负极来测试其开路电压和短路电流；随着水流在二氧化钛/炭黑膜的持续流动，功能材料和毛细水流的连续作用将诱导电压和电流的持续产生，得到水伏发电器件的电压/电流图。
10.一种二氧化钛/炭黑膜的水伏发电器件的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种基于二氧化钛/炭黑膜的水伏发电器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中二氧化钛、炭黑纳米颗粒、乙基纤维素和溶剂的质量比为0.25-1:0.01-0.05:1-1.5：25-35。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中溶剂为无水乙醇，混合方法为40-60℃超声混合。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中纳米二氧化钛的粒径为30-50nm，晶型为金红石型。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中陶瓷片基底的预处理方法为使用乙醇超声清洗20-40min，重复2-4次，接着使用去离子水超声清洗5-15min，重复2-4次，清洗完之后在50-70℃干燥10-20min；所述步骤(2)中干燥时间为10-30min，干燥后在室温下自然冷却10-20min。
6.如权利要求1所...
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