环境能量转化装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种环境能量转化装置，包括能量转化单元；能量转化单元包括：正极、负极、中间体。中间体由半导体制成，夹在正极和负极之间，两边分别和正极、负极相连接触；正极和负极具有不对称性。正极和负极的不对称性是指正极和负极的材料具有不同的功函数或不同的表面修饰或不同的几何结构。能量转化单元可以并联串联组成一个整体的环境能量转化装置。本实用新型专利技术利用半导体的表面效应，从与之接触的环境如气体、液体、凝胶或等离子体中，尤其在溶液中源源不断地将环境热能转化为电能。本实用新型专利技术的环境能量转化装置可用于发电和制冷，为各种楼宇建筑、交通设备或电子设备提供能源和制冷，也可以用于浓度、温度、流速检测装置。?（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

环境能量转化装置
本技术涉及新原理的环境能量转化设备。
技术介绍
能量转化和存储技术包括太阳能、热、振动、化学和风能等转化为电能。在这些众多的能量转化技术中，锂电池、超级电容器、太阳能电池、燃料电池和氧化锌纳米发电机受到了最广泛的关注。然而锂电池、超级电容器要使用充电才能使用，而且为了增大能量密度，需要大的体积和重量。太阳能电池需要有光照的情况才能使用，燃料电池要消耗燃料而且对环境造成很大的危害，氧化锌纳米发电机产生了不连续的电输出，需要使用电容来存储其产生的电，而且也消耗机械能。然而，有另一种能量形式，分子、原子、离子、粒子热运动的能量，比如气体分子的热运动速度高达1000 m/s，在水溶液中室温下离子热运动的能量高达300 m/s,由于这一运动是杂乱无章的，到目前为止仍未见将该热运动的能量转化为电能的报道。众所周知，固体表界面有许多丰富的物理、化学、生物和机械性质。不管是体材还是纳米级的薄膜，均有暴露于环境的表面，会产生环境诱导表面效应，产生新奇的物理和机电光热效应。尤其，当半导体薄膜的厚度小到纳米厚度时，表界面的成分占薄膜总体的比例显著增大，以表界面的性质占优势，比如纳米尺度物质的催化性能显著增强，在药物合成中，酶催化活性能通过加入纳米离子而显著增强。另一方面，我们发现，当使用半导体制作的器件放置于电解质溶液中时，该系统会自发产生电。当半导体薄膜的厚度降低到纳米厚度，小于100纳米的维度上，将真空或溶液法处理的半导体薄膜制备于玻璃、陶瓷、塑料、橡胶等衬底上后，对薄膜两端利用不对称电极调控，将做好的器件放置于电解质盐溶液中后， 器件能自发产生持久的电输出。这一发现，是利用了环境热发电的半导体自充电器件，而非化学反应类装置，为绿色能源科学
开拓的一个前瞻的研究方向。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种将环境热能转化为电能的半导体装置。本技术所提供的技术方案为环境能量转化装置,包括能量转化单元。能量转化单元包括正极、负极、中间体和中介媒质。中间体由半导体制成，夹在正极和负极之间，两边分别和正极、负极相连接触。 正极和负极具有不对称性。中间体的半导体材料可以是掺杂型石墨烯或掺杂型金刚石薄膜、或常规无机半导体、或有机半导体。常规无机半导体包括IIIA-VA族、I1-VI族、IVA-VIA族及过渡金属或稀土类金属的硫属化合物、氮化物、磷化物、砷化物，例如，娃、锗、砷化镓、氮化镓、氧化锌、硫化锌、氧化钛、氧化铜或硫化铜。有机半导体，例如P3HT (聚3已基噻吩)和PEDOT(3，4-乙撑二氧噻吩)。中间体可以是体材或薄膜。体材是具有三维宏观结构的材料。薄膜是一种二维材料，厚度方向为微米及纳米量级。薄膜状的中间体也可以通过粘贴、镀膜的方式固定在基底衬板上，基底衬板是由绝缘材料制成的体材或薄膜。正极和负极具有不对称性包括二种情形第一种情形是正极和负极由具有不同功函数的材料制成。正极的功函数WP、负极的功函数WN、中间体的功函数WX满足以下条件WP > WX彡WN。其中，正极、负极和中间体的功函数是指正极、负极和中间体材质的功函数。其中，作为正极的高功函数的材料可以是钮、金、碳、钼、砸、钻、被、娃、石墨等或无机/有机导电固体，或者含有如述材料的两种、多种混合物的导电材料。作为负极的低功函数的材料可以是银、铝、铯、铜、锂、铅、锡、铬、钥、 钨、镍、钛、镉、钙、铁、镁、汞、铌、钾、钠、铀、锌等或无机/有机导电固体，或者含有前述材料的两种、多种混合物的导电材料。第二种情形是正极和负极采用具有不同链长或不同结构的表面分子对其进行表面修饰。其中，修饰分子为PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)、PVA (聚醋酸乙烯酯)或巯基硫醇类有机分子等。表面分子的表面修饰是指将分子组装于电极表面，可以通过浸入溶液自组装、 滴涂、旋涂或真空镀膜法实现。不同链长或不同结构的表面分子是指具有相同烷、醇、醚、芳香环等结构但是不同数目的链状结构构成的分子，或者指不同烷、醇、醚、芳香环等结构构成但是链长相同即主链上碳原子数目相同的分子。包括只有正极做了表面修饰，或者只有负极做了表面修饰的情形。第三种情形是正极和负极具有不同的几何结构。正极和负极在中间体两端、四周或叉指、手指等复杂结构构建，使其满足条件正极具有与中间体的接触面积小于负极与中间体的接触面积。正极和负极具有不对称性的上述三种情形可以结合使用。比如正极和负极由具有不同功函数的材料制成，同时，在正极和负极采用具有不同链长或不同结构的表面分子对其进行表面修饰；或者，正极和负极由具有不同功函数的材料制成，同时，正极和负极具有不同的几何结构；或者，正极和负极由具有不同功函数的材料制成，同时，在正极和负极采用具有不同链长或不同结构的表面分子对其进行表面修饰，并且，正极和负极具有不同的几何结构；或者，在正极和负极采用具有不同链长或不同结构的表面分子对其进行表面修饰，并且，正极和负极具有不同的几何结构。正极和负极之间的距离为O. 001厘米至10 厘米。正极和负极之间的中间体形成一个接触面。能量转化单元的中间体需要放置在一定中介媒质中才能使用，所述的中间媒介可以是气体、液体、凝胶或等离子体。所述的气体可以是原子气体或分子气体，也可以是纯净气体或混合气体。所谓纯净气体是指气体只包含某一元素或者只包含某一化合物，比如纯净的氮气，纯净的氦气，纯净的二氧化碳气体。混合气体比如空气。所述的液体可以是纯净液体或混合液体。纯净液体可以是液态化合物或液态金属。混合液体可以是电解质溶液和非电解质溶液。电解质溶液可以是有机电解质溶液或无机电解质溶液。无机电解质溶液为碱金属类、过渡金属类、稀土类或其他金属类铝、铟、镓、锡、铊、铅、铋等的氯盐、溴盐、碘盐、 氟盐、硝酸盐、硫酸盐、柠檬酸盐、磷酸盐等的水溶液。所述的凝胶可以是导电凝胶。中介媒质不能和正极负极接触，因而需要隔离装置将中介媒质和正极负极相隔离。隔离装置可以分成两种情形一种是将正极负极通过绝缘材料包裹，整个能量转化单元放置在中介媒质中，由于正极负极被密封，无法和中介媒质接触，而正极和负极之间的中间体可以通过中间体的接触面和中介媒质相接触。这种情形是将本技术应用于传感器或温度、离子浓度、流速检测装置时，可以采用的方案。因为检测温度、离子浓度、流速时，需要将中间体直接放入被检测的气体或液体中，并与被测的气体和液体相接触。另一种情形是采用密封腔，通过绝缘材料在能量转化单元上制成密封腔，密封腔将中介媒质和中间体密封，中介媒质只在密封腔内，无法与正极和负极接触；而密封腔内中间体通过正极和负极之间的中间体接触面和中介媒体相接触。每个能量转化单元可以包括多个中间体，多个中间体共用正极和负极，从而在正极和负极之间形成并联关系。这种情形在效果上等同于多个能量转化单元之间的并联。环境能量转化装置可以包含多个能量转化单元。各个能量转化单元之间采用并联或串联的方式相互连接。所谓并联是指，不同能量转化单元之间的正极和正极用导线连接。 所谓的串联是指，能量转化单元的正极和其他能量转化单元的负极用导线连接。能量转化单元之间的串联和并联可以结合使用。即，多个能量转化单元并联后形成并联模块，多个并联模块再串联，或者多个并联模块串联后形成的多个串联模块之间并联。本文档来自技高网...

【技术保护点】
环境能量转化装置，其特征在于：包括能量转化单元；所述的能量转化单元包括：正极、负极、中间体；所述的中间体由半导体制成，夹在正极和负极之间，两边分别和正极、负极相连接触；正极和负极具有不对称性。

【技术特征摘要】
1.环境能量转化装置，其特征在于包括能量转化单元；所述的能量转化单元包括正极、负极、中间体；所述的中间体由半导体制成，夹在正极和负极之间，两边分别和正极、负极相连接触；正极和负极具有不对称性。2.如权利要求1所述的环境能量转化装置，其特征在于，所述的正极和负极具有不对称性包括下述情形之一或下述情形之组合所述的正极和负极由不同功函数的材料制成，正极的功函数WP、负极的功函数WN、中间体的功函数WX满足以下条件WP > WX ^ WN ；所述的正极和负极采用不同链长的分子对其做表面修饰，或者所述的正极和负极采用不同结构的分子对其做表面修饰；所述的正极和负极具有不同的几何结构形状，其中正极和中间体的接触面积小于负极和中间体的接触面积。3.如权利要求1所述的环境能量转化装置，其特征在于，所述的半导体为有机半导体或无机半导体。4.如权利要求3所述的环境能量转化装置，其特征在于，所述的无机半导体为硅、锗、 砷化镓、氮化镓、氧化锌、硫化锌、氧化钛、氧化铜、硫化铜、硫化钥、硫化秘、締化秘、掺杂型石墨烯或掺杂型金刚石。5.如权利要求3所述的环境能量转化装置，其特征在于，所述的有机半导体为聚3...

【专利技术属性】
技术研发人员：台国安，许子寒，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：实用新型
国别省市：