一种实用的碳纳米管液体发电器件制造技术

本发明专利技术提供了一种新型使用环境能源发电的装置，特别涉及一种利用液体流动和超大比表面的碳纳米管来产生很大且实用的电能输出的发电器件。为了克服目前碳纳米管发电太小和不实用的缺点，我们利用了流动电势发电原理，使碳纳米管发电能力提高了4-5个数量级，发电器件输出电压由几毫伏提高到几十伏特。从而完全满足了实用的要求。更为重要的是我们设计的碳纳米管发电器件无需有意提供额外能源，因为能源来自于液体吸收环境热量而蒸发引起的液体运动。本发明专利技术具有简单，低成本，清洁等特点，无需外界能源供给，只利用水的蒸发来发出能够实用的电。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用环境能源发电的装置，特别涉及一种利用液体流动和超大比表面的碳纳米管来产生很大且实用的电能输出的发电器件。
技术介绍
碳纳米管自1991年由日本电镜专家Iijima首先发现(Iijima S. ,Nature, 1991,354(7)，56-58)。碳纳米管独特的热、力、电等性能引起了科学界和产业界的极度重视，成为近些年来国际科学研究的热点之一。碳纳米管分为多壁碳纳米管和单壁碳纳米管，由六元环组成的石墨层状卷曲结构而形成的同心圆筒构成。碳纳米管可呈现金属出金属性和半导体性。碳纳米管具有优异的力学性能，轻度比钢高100倍，比重只有钢的1/6。碳纳米管具有优异的微波吸收特性，可用于电磁屏蔽或吸波材料等。碳纳米管上碳原子的P电子形成 大范围的离域TT键，由于共轭效应显著，碳纳米管具有一些特殊的电学性质。由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能。理论预测其导电性能取决于其管径和管壁的螺旋角。当碳纳米管的管径大于6nm时，导电性能下降；当管径小于6nm时，碳纳米管可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线。计算表明直径为0. 7nm的碳纳米管具有超导性，尽管其超导转变温度只有I. 5 X 10-4K，但也预示着碳纳米管在超导领域的应用前景。常用矢量Ch表示碳纳米管上原子排列的方向,其中Ch = nal+ma2,记为(n,m)。al和a2分别表示两个基矢。(n，m)与碳纳米管的导电性能密切相关。对于一个给定(n，m)的纳米管，如果有2n+m = 3q (q为整数)，则这个方向上表现出金属性，是良好的导体，否则表现为半导体。对于n = m的方向，碳纳米管表现出良好的导电性，电导率通常可达铜的I万倍。目前碳纳米管发电的报道是利用流动的极性液体拖动碳纳米管管壁的电子云(电磁相互作用和声子电子相互作用)而在流体上下游产生电势差。当极化液体流过碳纳米管，会带动侧壁电子云的定向移动，从而产生电势和电流。已报道的碳纳米管发电电压在毫伏特(mV)这一量级，电流在几十纳安(nA)级别，难以开发实际的应用。为了克服目前碳纳米管发电太小和不实用的缺点，我们利用了流动电势发电原理，使碳纳米管发电能力提高了 4-5个数量级，发电器件输出电压由几毫伏提高到几伏特。从而完全满足了实用的要求。更为重要的是我们设计的碳纳米管发电器件无需有意提供额外能源，因为能源来自于液体吸收环境热量而蒸发引起的液体运动。
技术实现思路
由于碳纳米管表面电子云与水分子相互作用使水分子倾向于有序排列，因此水在碳纳米管壁上的流动速度非常高，比常规流体力学计算的数值高4-5个数量级。当这种流动的液体含有各种离子时，液体流动就能产生电流和电势，即流动电势。本专利技术利用水蒸发引起的液体流动来发电，因此不需要有意增加额外能源。而常规的流动电势需要有液体压力差来推动液体流动从而产生流动电势。本专利技术的碳纳米管发电器件电压可达到几十伏特甚至几百伏特，所产生的电流达几百微安，进一步优化或者并连更多的发电器件，电流还可以提高很多。该专利技术专利产品实现了持续点亮普通发光二极管。本专利技术具有如下优点(I)实现了碳纳米管输出电压达到几十伏特，成功点亮普通发光二极管；(2)系统工作条件为常温常压；(3)所用液体简单易得，原料价格低廉；⑷系统电能输出时间长，工作稳定； (5)系统所需装置非常简单；(6)通过添加液体流动相，可使发电机、发电器件循环利用； (7)系统改造灵活，易于做成电子设备以及大型能量输出系统；(8)对环境无污染，绿色环保；(9)无需外界能源供给，只利用水的蒸发来发出能够实用的电。附图说明图I碳纳米管液体发电器件原理2碳纳米管液体发电器件示意图具体实施例方式本专利技术具体实施方法如下实施例单个发电器件的制备过程如下将直径I厘米、长度4厘米左右的塑料管切割成半管结构。200毫克的棉花卷成圆柱状，填充在塑料半管一端，300毫克左右的未经过处理的原始(单)碳纳米管填充在塑料半管剩余的腔体中，形成单个发电机模型，棉花和碳纳米管之间接触良好。对于流动相液体的选择，包括不同电荷数、电荷种类、离子强度的液体，本例选择0.I毫克每毫升氯化钠水溶液。用胶头滴管将氯化钠水溶液滴加到棉花上,让氯化钠水溶液沿着半管腔体向碳纳米管端扩散，在扩散过程中发电机输出电压，当扩散平衡后，电压保持某一个特定值不变。使用实验室常用万用表，可以监测到发电机正负极开路电压约为0. 5-1. 5伏特之间，短路电流为几十到几百微安之间。从而得到碳纳米管电能输出系统。对于串、并联发电机组而言将未经过处理或者经过侧壁基团接枝、内部填充的碳纳米管铺在半管状的塑料腔体内。腔体的长度和直径可以自行确定，本例选择直径I厘米、长度4厘米左右的塑料管切割成半管结构。腔体的一端用棉花填充，棉花和碳纳米管之间接触良好。半管状的塑料腔体两端个接上铜导线，即组装成了一个碳纳米管发电机。多节发电机可以进行串联也可以进行并联。串联可增大输出电压，本例串联发电机个数为6个，用万用表检测开路电压为3-5伏特之间，短路电流为几十微安，将串联发电机组正负极与一个常规发光二极管连接，成功点亮二极管12小时。通过并联可以增大发电机组的输出电流，本例并联发电机个数为6个，输出电压为0. 5-0. 8伏特之间，短路电流在0. 5-5毫安之间。从而得到高能量密度输出发电机、发电器件。本专利技术利用水蒸发引起的液体流动来发电，因此不需要有意增加额外能源。而常规的流动电势需要有液体压力差(外界能源)来推动液体流动从而产生流动电势。本专利技术 的碳纳米管发电器件电压可达到几十伏特甚至几百伏特，所产生的电流达几百微安，进一步优化或者并连更多的发电器件，电流还可以提高很多。从而获得非常实用的电源。以上介绍的仅仅是基于本专利技术的优化的实施方案，并不能以此来限定本专利技术的范围。对任何依据本专利技术所作的变化，都应包含在本专利技术所要求保护的范围之内。权利要求1.(单)多壁碳纳米管液体驱动发电器件，其特征在于利用液体蒸发引起的液体流动在碳纳米管壁上产生流动电势来发出实用的电。2.如权利要求I所述液体，其特征在于能挥发。3.如权利要求I所述发电器件，其特征在于液体与碳纳米管壁间能形成双电层。4.如权利要求I所述碳纳米管，其特征为单壁或多壁碳纳米管。5.如权利要求I所述流动电势，其特征于电解质流动液相的流动是由液体蒸发引起的。全文摘要本专利技术提供了一种新型使用环境能源发电的装置，特别涉及一种利用液体流动和超大比表面的碳纳米管来产生很大且实用的电能输出的发电器件。为了克服目前碳纳米管发电太小和不实用的缺点，我们利用了流动电势发电原理，使碳纳米管发电能力提高了4-5个数量级，发电器件输出电压由几毫伏提高到几十伏特。从而完全满足了实用的要求。更为重要的是我们设计的碳纳米管发电器件无需有意提供额外能源，因为能源来自于液体吸收环境热量而蒸发引起的液体运动。本专利技术具有简单，低成本，清洁等特点，无需外界能源供给，只利用水的蒸发来发出能够实用的电。文档编号H02K44/08GK102790509SQ20111012669公开日2012年11月21日 申请日期2011年5月17日 优先权日2011年5月17日专利技术者吴黎明, 梁胜德 申请人:中国人民大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
(单)多壁碳纳米管液体驱动发电器件，其特征在于利用液体蒸发引起的液体流动在碳纳米管壁上产生流动电势来发出实用的电。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁胜德，吴黎明，
申请(专利权)人：中国人民大学，
类型：发明
国别省市：