近年來,依靠自然的水蒸發(fā)或者水汽吸附到材料中而能夠輸出電能的水伏技術(shù)備受研究者關(guān)注,其優(yōu)點是成本低廉、性能可控和無需額外機(jī)械能輸入等,是一種具有重要發(fā)展?jié)摿Φ哪茉崔D(zhuǎn)化方式。經(jīng)過最近5年的發(fā)展,水伏器件的功率密度已經(jīng)大幅度攀升,其脈沖峰值功率可以達(dá)到mW/cm2。但是,大部分已知的水伏器件均不能持續(xù)的輸出高功率密度的電能,這嚴(yán)重阻礙了該技術(shù)的實用化進(jìn)程。本論文中,利用濕法刻蝕制備的硅納米線陣列,發(fā)展了一種新型的高效水伏器件結(jié)構(gòu)。借助掃描電子顯微鏡、傅里葉紅外光譜儀以及Zeta電位儀等對硅納米線陣列的組成成分和表面電荷進(jìn)行了分析,證實了其負(fù)電性源于表面二氧化硅層上的硅羥基。通過電學(xué)測試證實,基于硅納米線陣列的水伏器件能夠輸出開路電壓為400mV和短路電流為55μA/cm2的持續(xù)直流電能,對應(yīng)輸出功率密度超過6 μW/cm2。此外,研究了石墨電極的覆蓋率、硅納米線的長度和表面電荷密度等多種因素對硅納米線陣列水伏器件的影響。結(jié)合該水伏器件的電壓輸出與溶液中的離子濃度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān),電壓信號隨溶液pH的變化產(chǎn)生由正到負(fù)翻轉(zhuǎn)的實驗結(jié)果,揭示了硅納米線陣列水伏器件的產(chǎn)生電流原理是與流動電勢理論相一致。結(jié)... 

【文章來源】：蘇州大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１?２０１８年全球能源消耗中各種能源類型占比分布概況

第一章?基于硅納米線陣列的水伏效應(yīng)研宄??為電能成為可能，如利用人體運(yùn)動或外部機(jī)械運(yùn)動等實現(xiàn)納米尺度下微量機(jī)械能??到電能轉(zhuǎn)換的壓電（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）２－７、摩擦電（ｔｒｉｂｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）納米發(fā)電機(jī)８＿｜４以及利用環(huán)??境熱溫差等實現(xiàn)熱能到電能轉(zhuǎn)換的熱電（ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）系統(tǒng)等多種發(fā)電方式，??不斷地豐富著可再生能源的轉(zhuǎn)化形式。盡管如此，可再生能源在一次能源的消耗中??占比仍不足５％，如圖１．２所示。這也凸顯出發(fā)展可再生能源的重要性與緊迫性。??ＣＨＩＮＡ?ＷＯＲＬＤ??？一?Ｉ。７％?Ｍｉ：??！?■??，會％??圖１．２?２０１８年一次能源消耗占比：中國與全球。??值得注意的是，在眾多的再生能源轉(zhuǎn)化方式中，水是一種高比熱容（４１８６??Ｊ／Ｋｇ／°Ｃ）的物質(zhì)，作為能量的載體覆蓋了地球面積的７１％，每年源源不斷地接收著??近６０?ＰＷ的太陽能，并以機(jī)械能（降雨、水流、波動等）、動力學(xué)能（浸濕、毛??細(xì)現(xiàn)象等）和潛熱（蒸發(fā)、凝結(jié)等）等形式進(jìn)行承載，其中約４５?ＰＷ的能量以水??蒸發(fā)的形式耗散在環(huán)境中２Ｇ，如圖１．３所示。這使得研究者面臨重要科學(xué)問題，如??何發(fā)展新型高效能源轉(zhuǎn)化方式以充分利用蘊(yùn)藏在水中的能量？??ＴＯ?Ａ?ｉｍｂａｌａｎｃｅ?０．６±０．４??Ｉｎｃｏｍｉｎｇ?Ｏｕｔｇｏｉｎｇ??ｓｏｌａｒ?３４０．２土０．１?Ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ?ｓｏｌａｒ?１００．０１２?Ｃｌｅａｒ－ｓｋｙ?＾＾２３９．７ｉ３．３?ｌｏｎｇｗａｖｅ??＼?ｉ?Ｉ?ｅｍｉｓｓｉｏｎ?ｒａｄｉａｔｉｏｎ??＼?＼?Ｓｈｏｒｔｗａｖｅ?／?／?Ａｌｌ＊ｓｋｙ?２６６．４±３．３?

第一章?基于硅納米線陣列的水伏效應(yīng)研宄??為電能成為可能，如利用人體運(yùn)動或外部機(jī)械運(yùn)動等實現(xiàn)納米尺度下微量機(jī)械能??到電能轉(zhuǎn)換的壓電（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）２－７、摩擦電（ｔｒｉｂｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）納米發(fā)電機(jī)８＿｜４以及利用環(huán)??境熱溫差等實現(xiàn)熱能到電能轉(zhuǎn)換的熱電（ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）系統(tǒng)等多種發(fā)電方式，??不斷地豐富著可再生能源的轉(zhuǎn)化形式。盡管如此，可再生能源在一次能源的消耗中??占比仍不足５％，如圖１．２所示。這也凸顯出發(fā)展可再生能源的重要性與緊迫性。??ＣＨＩＮＡ?ＷＯＲＬＤ??？一?Ｉ。７％?Ｍｉ：??！?■??，會％??圖１．２?２０１８年一次能源消耗占比：中國與全球。??值得注意的是，在眾多的再生能源轉(zhuǎn)化方式中，水是一種高比熱容（４１８６??Ｊ／Ｋｇ／°Ｃ）的物質(zhì)，作為能量的載體覆蓋了地球面積的７１％，每年源源不斷地接收著??近６０?ＰＷ的太陽能，并以機(jī)械能（降雨、水流、波動等）、動力學(xué)能（浸濕、毛??細(xì)現(xiàn)象等）和潛熱（蒸發(fā)、凝結(jié)等）等形式進(jìn)行承載，其中約４５?ＰＷ的能量以水??蒸發(fā)的形式耗散在環(huán)境中２Ｇ，如圖１．３所示。這使得研究者面臨重要科學(xué)問題，如??何發(fā)展新型高效能源轉(zhuǎn)化方式以充分利用蘊(yùn)藏在水中的能量？??ＴＯ?Ａ?ｉｍｂａｌａｎｃｅ?０．６±０．４??Ｉｎｃｏｍｉｎｇ?Ｏｕｔｇｏｉｎｇ??ｓｏｌａｒ?３４０．２土０．１?Ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ?ｓｏｌａｒ?１００．０１２?Ｃｌｅａｒ－ｓｋｙ?＾＾２３９．７ｉ３．３?ｌｏｎｇｗａｖｅ??＼?ｉ?Ｉ?ｅｍｉｓｓｉｏｎ?ｒａｄｉａｔｉｏｎ??＼?＼?Ｓｈｏｒｔｗａｖｅ?／?／?Ａｌｌ＊ｓｋｙ?２６６．４±３．３?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]電化學(xué)基礎(chǔ)（Ⅲ）——雙電層模型及其發(fā)展[J]. 吳旭冉,賈志軍,馬洪運(yùn),廖斯達(dá),王保國.  儲能科學(xué)與技術(shù). 2013(02)



本文編號：3311106