[发明专利]利用具有层状结构的石墨烯水凝胶薄膜进行机械能转换成为电能的方法

权利要求书

1.一种利用具有层状结构的石墨烯水凝胶薄膜进行机械能转换成为电能的方法，其特征是：将具有层状结构的石墨烯水凝胶薄膜密封固定在一具有进液口和出液口的电解池中，且在具有层状结构的石墨烯水凝胶薄膜两边的电解池中分别装载有相同的电解质溶液；将两只金属电极分别置于具有层状结构的石墨烯水凝胶薄膜两边的电解质溶液中，且两只金属电极分别与外电路相连接；将具有进液口和出液口的电解池的顶部密封，然后在进液口处施加机械压力，将具有进液口一侧的电解池中的电解质溶液通过具有层状结构的石墨烯水凝胶薄膜压入到另一侧具有出液口的电解池中；在电解质溶液流过具有层状结构的石墨烯水凝胶薄膜的过程中，外电路有净电流流过，从而实现将流体机械能转换成为电能。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的外电路有净电流流过，其净电流信号与所施加的机械压力信号同步，净电流信号是脉冲型的交变信号或是连续的直流信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的施加机械压力是通过通入氮气流的方式形成，气体压强为1～8kPa；或是通过注射器或机械泵注入与电解池中所装载的电解质溶液相同的电解质溶液所产生的机械压力，其中，注入的电解质溶液的流速为0.1～50毫升/分钟。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征是：所述的电解质溶液的浓度范围为1微摩尔/升～1摩尔/升。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征是：所述的电解质溶液是可溶性无机盐的水溶液；

所述的可溶性无机盐的水溶液中所含有的阳离子是Na、K、Li、Mg、Ca和H中的一种或几种；阴离子是Cl、Br、F和SO₄中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的金属电极是金、银、铂或Ag/AgCl电极。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的层状结构是由石墨烯薄片堆叠而成；所述的石墨烯薄片是由1～10层的碳原子单层构成。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征是：所述的堆叠的石墨烯薄片之间含水，其总含水量为具有层状结构的石墨烯水凝胶薄膜重量的70～95%。

9.根据权利要求1、7或8所述的方法，其特征是：所述的具有层状结构的石墨烯水凝胶薄膜是通过以下方法制备得到的：

（1）按照浓度为0.05wt%的氧化石墨烯水溶液：水：浓度为35wt%的肼的水溶液：浓度为28wt%的氨水的体积比为1：1：1：7的比例，将浓度为0.05wt%的氧化石墨烯水溶液、水、浓度为35wt%的肼的水溶液和浓度为28wt%的氨水进行混合，然后进行搅拌得到混合溶液，将混合溶液进行加热，使氧化石墨烯还原为石墨烯，得到含有石墨烯薄片的水溶液，其中石墨烯薄片是由2～10层的碳原子单层构成；

（2）将步骤（1）得到的含有石墨烯薄片的水溶液配制成浓度为0.37mgmL^-1的含有石墨烯薄片的水溶液后，经由孔径为0.05～5微米的滤膜进行抽滤，直至将含有石墨烯薄片的水溶液及滤膜上的含有石墨烯薄片的水溶液抽干后结束抽滤，含有石墨烯薄片的水溶液中的水通过滤膜上的通孔被导走，在滤膜的表面沉积得到堆叠且含水的石墨烯薄片，由此在滤膜的表面得到具有层状结构的石墨烯水凝胶薄膜。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征是：所述的滤膜是聚碳酸脂核孔膜、氧化铝滤膜或纤维素脂滤膜；滤膜中的孔径为0.05～5微米。