木头器件上的水伏发电及其应用
发布时间：2020-12-23 02:33
不断寻找和发展新的可再生能源方式逐步取代高污染且日渐枯竭的化石能源,是未来社会发展中关注度最高的问题之一。随着近些年科学技术的快速发展,尤其是纳米发电机的出现,我们可以通过各种不同的方法收集周围环境中的其他能量并将其转化为电能。当外部压力驱动内表面带电的毛细管中的电解质溶液时,我们得到了流动电位/电流,这种效应也表现在水通过树木的微通道时,其驱动力为毛细压力和自然蒸发。因此,我们利用自然蒸发以及各向异性的三维木结构,制造出了利用流动电位/电流来发电的木头纳米发电机。本文首先介绍了动电现象以及双电层理论的发展史与研究现状,并介绍了基于微纳通道的动电效应理论,进而集中介绍了水伏纳米发电机的原理。然后重点介绍了该纳米发电器件的制备、性能表征及实际应用等方面的研究成果,首先通过比较不同网格电极密度和纳米孔道大小、方向以及长度对器件发电性能的影响,选定了1cm高的自然生长方向的榉木作为实验的原材料,然后通过实验和理论计算,选择合适的方法将木头进行改性处理,提升器件的发电性能。在本文中,我们使用天然木材从基于流动电位/电流机制的水蒸发中获取电力。天然木材具有固有的各向异性的三维连续微通道结构,水在...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
现代能源分布图
?琳?坏朗被岵??榷ǖ牡缪梗?颐墙??莆?鞫?啤?流动势随后衍生出一系列新的形式，如沉降势、离子振动势等。流动势是利用固-液界面作用进行能量收集的雏形，其原理是外力驱动下界面处的双电层发生剪切运动，导致扩散层中净电荷随液体流动在一端堆积，形成流动电流并在腔道两端产生电势差。当腔道尺寸缩小至纳米尺度，双电层发生重叠，导致流动势以及动电能量转换效率显著提高。流动势与流体速度、压力梯度、腔道表面电荷密度等呈正比关系，但是会随着溶液溶度的减小而增加，并在浓度低于一定程度时时达到饱和状态。图1-2经典流动电势模型流动电势的经典模型如图1-2所示，在外加的作用力下，流体在狭小的管道中从高压力处往低压力处流动，管道内壁带负电荷的基团会诱导部分流体产生正电荷，正电荷随着流体的流动在一端聚集，不同浓度的正电荷在管道进出口处形成较强的电场力，而当电场力与施加的作用力达到平衡时，流体就会在管道中持续流动且产生稳定的电压电流信号，利用这种理论方法可以实现动能与电能之间的能量转换。1.3水伏发电国内外研究现状近些年随着纳米科学技术的不断发展，研究学者们发现了越来越多的以前难以利用的低频机械运动的机械能或其他低品位能源等转换为电能的形式，如摩擦电[15-25]、驻极体[26-29]、压电[30-34]、热电[35-46]以及水伏发电[46-57]等。其中水伏发电是一种清洁且发展潜力巨大的方式。水的能源转换方式多种多样，在几千年前，人们就发明了水车用来代替低效率的人力资源，而在当代社会，最具有潜力的能源转换是将水能转化为电能，主要是通过水力发电，其占全球总发电量的17%左右[58]。一般来说，通过水能发电的方式产生的能源是清洁无污染而且可再生的，其技术简单，生产成本低廉，是一种解决能源问题?
电子科技大学硕士学位论文14应残留物时应控制好更换丙酮时间，第一次浸泡时间应为12小时左右，这种柠檬酸改性方法可以使其在低成本的条件下简单高效地提高器件的发电性能。2.1.5测试器件的组装选定实验用材料后，需要将木头材料和网格电极组装在一起，用于后续其他方面的性能测试。其组装过程如下：将两个涂有导电碳浆的PET网格作为电极并使用橡皮筋将它们绑在木头材料试样的两端，如图2-1所示。图2-1a是木头原料和已制备好的网格电极，图2-1b是组装后的木头材料器件。图2-1木头器件的组装。（a）木头和网格电极；（b）组装后的木头器件2.2实验测试及分析方法在实验过程中，不同的实验阶段需要比较材料的各种性能，来确定最优的材料器件，因此，常常需要选择合理的测试和分析手段。本实验涉及的测试手段可分为以下五个方面：电导率的测定、接触角的测定、Zeta电位和傅里叶红外分析测试、SEM扫描电镜表征测试以及电学性能测试。2.2.1水的电导率的测定电导率，也可以称为导电率。电导率通常是以数字表示的溶液传导电流的能力，单位用西门子每米(S/m)来表示，在介质中该量与电场强度之积等于传导电流密度，对于各向同性介质，电导率是标量；而对于各向异性介质，电导率是张量。。本实验过程中采用广州德满亿仪器有限公司生产的DDS-11A型电导率仪对实验用水进行电导率测定，为了保证每次测量时水的电导率无较大差异，电导仪的测量尾端需在实验用去离子水中浸泡一段时间，待数值稳定为1×10-3S/m左右方可将水用于后续的实验，整个实验的测试温度控制在25℃左右。
本文编号：2932904
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
现代能源分布图
?琳?坏朗被岵??榷ǖ牡缪梗?颐墙??莆?鞫?啤?流动势随后衍生出一系列新的形式，如沉降势、离子振动势等。流动势是利用固-液界面作用进行能量收集的雏形，其原理是外力驱动下界面处的双电层发生剪切运动，导致扩散层中净电荷随液体流动在一端堆积，形成流动电流并在腔道两端产生电势差。当腔道尺寸缩小至纳米尺度，双电层发生重叠，导致流动势以及动电能量转换效率显著提高。流动势与流体速度、压力梯度、腔道表面电荷密度等呈正比关系，但是会随着溶液溶度的减小而增加，并在浓度低于一定程度时时达到饱和状态。图1-2经典流动电势模型流动电势的经典模型如图1-2所示，在外加的作用力下，流体在狭小的管道中从高压力处往低压力处流动，管道内壁带负电荷的基团会诱导部分流体产生正电荷，正电荷随着流体的流动在一端聚集，不同浓度的正电荷在管道进出口处形成较强的电场力，而当电场力与施加的作用力达到平衡时，流体就会在管道中持续流动且产生稳定的电压电流信号，利用这种理论方法可以实现动能与电能之间的能量转换。1.3水伏发电国内外研究现状近些年随着纳米科学技术的不断发展，研究学者们发现了越来越多的以前难以利用的低频机械运动的机械能或其他低品位能源等转换为电能的形式，如摩擦电[15-25]、驻极体[26-29]、压电[30-34]、热电[35-46]以及水伏发电[46-57]等。其中水伏发电是一种清洁且发展潜力巨大的方式。水的能源转换方式多种多样，在几千年前，人们就发明了水车用来代替低效率的人力资源，而在当代社会，最具有潜力的能源转换是将水能转化为电能，主要是通过水力发电，其占全球总发电量的17%左右[58]。一般来说，通过水能发电的方式产生的能源是清洁无污染而且可再生的，其技术简单，生产成本低廉，是一种解决能源问题?
电子科技大学硕士学位论文14应残留物时应控制好更换丙酮时间，第一次浸泡时间应为12小时左右，这种柠檬酸改性方法可以使其在低成本的条件下简单高效地提高器件的发电性能。2.1.5测试器件的组装选定实验用材料后，需要将木头材料和网格电极组装在一起，用于后续其他方面的性能测试。其组装过程如下：将两个涂有导电碳浆的PET网格作为电极并使用橡皮筋将它们绑在木头材料试样的两端，如图2-1所示。图2-1a是木头原料和已制备好的网格电极，图2-1b是组装后的木头材料器件。图2-1木头器件的组装。（a）木头和网格电极；（b）组装后的木头器件2.2实验测试及分析方法在实验过程中，不同的实验阶段需要比较材料的各种性能，来确定最优的材料器件，因此，常常需要选择合理的测试和分析手段。本实验涉及的测试手段可分为以下五个方面：电导率的测定、接触角的测定、Zeta电位和傅里叶红外分析测试、SEM扫描电镜表征测试以及电学性能测试。2.2.1水的电导率的测定电导率，也可以称为导电率。电导率通常是以数字表示的溶液传导电流的能力，单位用西门子每米(S/m)来表示，在介质中该量与电场强度之积等于传导电流密度，对于各向同性介质，电导率是标量；而对于各向异性介质，电导率是张量。。本实验过程中采用广州德满亿仪器有限公司生产的DDS-11A型电导率仪对实验用水进行电导率测定，为了保证每次测量时水的电导率无较大差异，电导仪的测量尾端需在实验用去离子水中浸泡一段时间，待数值稳定为1×10-3S/m左右方可将水用于后续的实验，整个实验的测试温度控制在25℃左右。
本文编号：2932904
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