[发明专利]一种磁控流体运动发电器件及其制备方法

说明书

本发明涉及一种磁控流体运动发电器件及其制备方法，该发电器件以聚甲基丙烯酸甲酯支撑的石墨烯管为壳体，以含有四氧化三铁的悬浊液滴为流体，以磁铁作为流体的移动驱动源，制备时通过化学气相沉积法在铜丝表面生长层数可控的连续石墨烯薄膜，在其表面涂覆聚甲基丙烯酸甲酯后通过溶液刻蚀法除去铜丝基底，得到由聚甲基丙烯酸甲酯支撑的中空石墨烯管；利用移液枪将一定体积的四氧化三铁悬浊液滴注入到石墨烯管中。与现有技术相比，本发明构建的发电器件由于四氧化三铁磁性液滴的引入，使该发电器件具有优异的可操控性，并能通过改变磁铁的移动方向改变输出电压的方向，且可多次循环重复使用。

技术领域

本发明涉及能量收集技术领域，具体涉及一种磁控流体运动发电器件及其制备方法。

背景技术

随着环境危机和能源危机的日益加剧，发展新型清洁的能量转换器件引起人们的广泛关注，比如将太阳能转换为电能的太阳能电池、将机械能转换为电能的风力发电和水力发电等。近年来，人们发现当液滴在电极的表面移动时，液滴表面的正负电荷将会发生重排，液滴两端产生一定的电势差，从而产生电能。密度泛函理论计算表明，当液滴在固体界面上移动时，固-液界面上电荷的吸附与解吸可以产生连续的电信号。基于该原理，人们在不同的电极表面通过液滴的移动实现了机械能到电能的转换与收集，目前主要使用的电极材料包括碳材料、聚合物、生物材料、金属氧化物等，所产生的电压从几到几百毫伏不等。

与其它电极材料相比，碳纳米材料以其优异的导电性、柔性及较大的比表面积被广泛用作电极材料，主要包括碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯及多孔碳材料等，液滴在这些纳米碳基电极材料表面的移动能够产生稳定的电压。但是，该类型发电器件存在的问题有：1)所产生的电压较低，通常在几到几十毫伏；2)工作环境受限、感应电压难以控制；3)其平面状结构难以满足柔性、可穿戴电子领域的应用需求。因此，开发具有较高输出电压、较好可控性的便携摩擦发电器件具有重要应用价值和潜力。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有器件存在的缺陷，而提供一种磁控流体运动发电器件及其制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种磁控流体运动发电器件，该发电器件包括中空管状的壳体以及装填于所述壳体内的磁性液滴，所述壳体为石墨烯管，所述石墨烯管外表面涂覆聚甲基丙烯酸甲酯，所述磁性液滴为四氧化三铁悬浊液。制得的发电器件通过磁铁在壳体外部的移动驱动壳体内部的磁性液滴移动，液滴在石墨烯内表面移动使液滴表面和石墨烯内表面上的电荷发生重排，产生0.2±0.05V的电势差(电能)。

所述石墨烯管通过化学气相沉积法在铜丝基底上生长石墨烯薄膜，表面涂覆聚甲基丙烯酸甲酯薄膜后，通过溶液刻蚀法除去铜丝基底得到，石墨烯薄膜层数为3～12层。

所述石墨烯管的直径为0.6～1.5mm。

所述四氧化三铁悬浊液的浓度为0.5～1mol L^-1。

所述四氧化三铁悬浊液注入壳体的体积为2-10μL。

一种磁控流体运动发电器件的制备方法，包括以下步骤：

(1)通过化学气相沉积法在铜丝基底表面生长连续的石墨烯薄膜；

(2)在步骤(1)所得的石墨烯薄膜表面涂覆聚甲基丙烯酸甲酯溶液，待其干燥后，通过溶液刻蚀法除去铜丝基底，得到聚甲基丙烯酸甲酯支撑的中空石墨烯管壳体；

(3)通过移液枪将四氧化三铁悬浊液滴注入步骤(2)所得的石墨烯管壳体中，并用银胶在石墨烯管壳体两端引出铜线，即得到磁控流体运动发电器件。