不斷尋找和發(fā)展新的可再生能源方式逐步取代高污染且日漸枯竭的化石能源,是未來(lái)社會(huì)發(fā)展中關(guān)注度最高的問(wèn)題之一。隨著近些年科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,尤其是納米發(fā)電機(jī)的出現(xiàn),我們可以通過(guò)各種不同的方法收集周?chē)h(huán)境中的其他能量并將其轉(zhuǎn)化為電能。當(dāng)外部壓力驅(qū)動(dòng)內(nèi)表面帶電的毛細(xì)管中的電解質(zhì)溶液時(shí),我們得到了流動(dòng)電位/電流,這種效應(yīng)也表現(xiàn)在水通過(guò)樹(shù)木的微通道時(shí),其驅(qū)動(dòng)力為毛細(xì)壓力和自然蒸發(fā)。因此,我們利用自然蒸發(fā)以及各向異性的三維木結(jié)構(gòu),制造出了利用流動(dòng)電位/電流來(lái)發(fā)電的木頭納米發(fā)電機(jī)。本文首先介紹了動(dòng)電現(xiàn)象以及雙電層理論的發(fā)展史與研究現(xiàn)狀,并介紹了基于微納通道的動(dòng)電效應(yīng)理論,進(jìn)而集中介紹了水伏納米發(fā)電機(jī)的原理。然后重點(diǎn)介紹了該納米發(fā)電器件的制備、性能表征及實(shí)際應(yīng)用等方面的研究成果,首先通過(guò)比較不同網(wǎng)格電極密度和納米孔道大小、方向以及長(zhǎng)度對(duì)器件發(fā)電性能的影響,選定了1cm高的自然生長(zhǎng)方向的櫸木作為實(shí)驗(yàn)的原材料,然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算,選擇合適的方法將木頭進(jìn)行改性處理,提升器件的發(fā)電性能。在本文中,我們使用天然木材從基于流動(dòng)電位/電流機(jī)制的水蒸發(fā)中獲取電力。天然木材具有固有的各向異性的三維連續(xù)微通道結(jié)構(gòu),水在... 

【文章來(lái)源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：67 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

現(xiàn)代能源分布圖

?琳?壞朗被岵??榷ǖ牡繆梗?頤墻??莆?鞫?啤?流動(dòng)勢(shì)隨后衍生出一系列新的形式，如沉降勢(shì)、離子振動(dòng)勢(shì)等。流動(dòng)勢(shì)是利用固-液界面作用進(jìn)行能量收集的雛形，其原理是外力驅(qū)動(dòng)下界面處的雙電層發(fā)生剪切運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致擴(kuò)散層中凈電荷隨液體流動(dòng)在一端堆積，形成流動(dòng)電流并在腔道兩端產(chǎn)生電勢(shì)差。當(dāng)腔道尺寸縮小至納米尺度，雙電層發(fā)生重疊，導(dǎo)致流動(dòng)勢(shì)以及動(dòng)電能量轉(zhuǎn)換效率顯著提高。流動(dòng)勢(shì)與流體速度、壓力梯度、腔道表面電荷密度等呈正比關(guān)系，但是會(huì)隨著溶液溶度的減小而增加，并在濃度低于一定程度時(shí)時(shí)達(dá)到飽和狀態(tài)。圖1-2經(jīng)典流動(dòng)電勢(shì)模型流動(dòng)電勢(shì)的經(jīng)典模型如圖1-2所示，在外加的作用力下，流體在狹小的管道中從高壓力處往低壓力處流動(dòng)，管道內(nèi)壁帶負(fù)電荷的基團(tuán)會(huì)誘導(dǎo)部分流體產(chǎn)生正電荷，正電荷隨著流體的流動(dòng)在一端聚集，不同濃度的正電荷在管道進(jìn)出口處形成較強(qiáng)的電場(chǎng)力，而當(dāng)電場(chǎng)力與施加的作用力達(dá)到平衡時(shí)，流體就會(huì)在管道中持續(xù)流動(dòng)且產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓電流信號(hào)，利用這種理論方法可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)能與電能之間的能量轉(zhuǎn)換。1.3水伏發(fā)電國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀近些年隨著納米科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，研究學(xué)者們發(fā)現(xiàn)了越來(lái)越多的以前難以利用的低頻機(jī)械運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能或其他低品位能源等轉(zhuǎn)換為電能的形式，如摩擦電[15-25]、駐極體[26-29]、壓電[30-34]、熱電[35-46]以及水伏發(fā)電[46-57]等。其中水伏發(fā)電是一種清潔且發(fā)展?jié)摿薮蟮姆绞健Ｋ哪茉崔D(zhuǎn)換方式多種多樣，在幾千年前，人們就發(fā)明了水車(chē)用來(lái)代替低效率的人力資源，而在當(dāng)代社會(huì)，最具有潛力的能源轉(zhuǎn)換是將水能轉(zhuǎn)化為電能，主要是通過(guò)水力發(fā)電，其占全球總發(fā)電量的17%左右[58]。一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)水能發(fā)電的方式產(chǎn)生的能源是清潔無(wú)污染而且可再生的，其技術(shù)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低廉，是一種解決能源問(wèn)題?

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文14應(yīng)殘留物時(shí)應(yīng)控制好更換丙酮時(shí)間，第一次浸泡時(shí)間應(yīng)為12小時(shí)左右，這種檸檬酸改性方法可以使其在低成本的條件下簡(jiǎn)單高效地提高器件的發(fā)電性能。2.1.5測(cè)試器件的組裝選定實(shí)驗(yàn)用材料后，需要將木頭材料和網(wǎng)格電極組裝在一起，用于后續(xù)其他方面的性能測(cè)試。其組裝過(guò)程如下：將兩個(gè)涂有導(dǎo)電碳漿的PET網(wǎng)格作為電極并使用橡皮筋將它們綁在木頭材料試樣的兩端，如圖2-1所示。圖2-1a是木頭原料和已制備好的網(wǎng)格電極，圖2-1b是組裝后的木頭材料器件。圖2-1木頭器件的組裝。（a）木頭和網(wǎng)格電極；（b）組裝后的木頭器件2.2實(shí)驗(yàn)測(cè)試及分析方法在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，不同的實(shí)驗(yàn)階段需要比較材料的各種性能，來(lái)確定最優(yōu)的材料器件，因此，常常需要選擇合理的測(cè)試和分析手段。本實(shí)驗(yàn)涉及的測(cè)試手段可分為以下五個(gè)方面：電導(dǎo)率的測(cè)定、接觸角的測(cè)定、Zeta電位和傅里葉紅外分析測(cè)試、SEM掃描電鏡表征測(cè)試以及電學(xué)性能測(cè)試。2.2.1水的電導(dǎo)率的測(cè)定電導(dǎo)率，也可以稱(chēng)為導(dǎo)電率。電導(dǎo)率通常是以數(shù)字表示的溶液傳導(dǎo)電流的能力，單位用西門(mén)子每米(S/m)來(lái)表示，在介質(zhì)中該量與電場(chǎng)強(qiáng)度之積等于傳導(dǎo)電流密度，對(duì)于各向同性介質(zhì)，電導(dǎo)率是標(biāo)量；而對(duì)于各向異性介質(zhì)，電導(dǎo)率是張量。。本實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用廣州德滿(mǎn)億儀器有限公司生產(chǎn)的DDS-11A型電導(dǎo)率儀對(duì)實(shí)驗(yàn)用水進(jìn)行電導(dǎo)率測(cè)定，為了保證每次測(cè)量時(shí)水的電導(dǎo)率無(wú)較大差異，電導(dǎo)儀的測(cè)量尾端需在實(shí)驗(yàn)用去離子水中浸泡一段時(shí)間，待數(shù)值穩(wěn)定為1×10-3S/m左右方可將水用于后續(xù)的實(shí)驗(yàn)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)的測(cè)試溫度控制在25℃左右。


本文編號(hào)：2932904