摘要
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，人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。水蒸发驱动的界面蒸发纳米发电机，能够把水分的蒸发能转化为电能，成为近年来研究的重点方向。但是传统的界面蒸发纳米发电机存在光热转换效率低、热损失严重、水分供应不足等问题，从而导致了界面蒸发纳米发电机的输出性能较差。本文针对界面蒸发纳米发电机功能表面光热转换能力不足的问题，将天然的玉米秸秆作为水分输送基质，设计一种由水分输送基质和光热转换界面组成的界面蒸发纳米发电机。采用静电纺丝与浸涂结合的多层自组装方法，制备出利于光吸收的光热转换界面，从而有效提升界面蒸发纳米发电机的输出性能。 首先，研究基质和光热转换界面的制备方法。受自然界中贻贝贝壳中的多层微纳结构的启发，采用静电纺丝技术制备出具有与贻贝相似的多层微纳结构的纺丝膜，并通过浸涂技术将碳纳米材料分散到静电纺丝纳米纤维膜中，制备出具有仿生多层结构的高性能光热转换界面。对工艺效果进行对比分析，确定静电纺丝和浸涂结合的多层自组装工艺的可行性。 其次，对巴沙木、椴木和秸秆茎髓的微观结构和亲水行为进行表征，从中选取最理想的基质材料。重点研究光热转换界面对界面蒸发纳米发电机输出性能的影响，对比不同碳纳米材料界面的亲水性、光吸收率、Zeta电位、傅里叶红外光谱等性质，根据不同碳基自组装界面的特性，进一步研究利用不同碳纳米材料进行多层自组装的界面蒸发纳米发电机的输出性能。通过对比分析，确定利用氧化石墨烯(GO)和碳纳米管(CNT)构建的多层自组装光热转换界面对发电性能有较大提升，并确定组装顺序以及不同界面的分布比例。 然后，根据界面蒸发过程中能量的转换途径，分析多层自组装界面蒸发纳米发电机的工作机理。研究器件在不同外界因素影响下的输出性能，总结光照强度、风速、环境温度、溶液种类对发电的影响规律。 最后，对单个器件的蒸发和发电性能进行表征，研究器件在连续数小时工作条件下的输出稳定性。在单一器件性能有较大提升的基础上，通过多个器件串并联进一步提升器件的输出功率达到实际应用的效果。
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