一种水蒸发诱导的V型纸基发电机及其制备方法

技术领域

本发明涉及纸基能源存储领域，具体涉及一种水蒸发诱导的V型纸基发电机及其制备方法。

背景技术

纸张由于来源广泛、造价低廉、易于加工、生物样品相容性较好、可降解等诸多优点，常被用作制造各种功能材料的基底材料。自2017年起，研究人员从火焰燃烧的亲水性甲苯炭黑膜沉积在石英玻璃片上，置于水中可以从水分蒸发诱导电能的产生，从此推进了水蒸发诱导电能收集领域的研究进展。

现有的水蒸发诱导发电机需要通过外接导线与其他水分发电机连接实现应用的效果，这种组装往往需要较大的占地空间，并且组装繁琐，移动灵活性较差。为了解决这个问题，本发明提供了一种水蒸发诱导的V型纸基发电机，将纸基折叠设计成V型结构实现了水分发电机的无缝连接并节省了极大的占地空间。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种水蒸发诱导的V型纸基发电机。

本发明的另一目的在于提供上述水蒸发诱导的V型纸基发电机的制备方法，使用该方法可以制备便携性的纸基发电机。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种水蒸发诱导的V型纸基发电机，包括疏水区域、亲水区和导电区域，

所述的疏水区域是指使用UV光固化油墨对亲水的纸基表面进行疏水处理，经过紫外光固化机照射处理的区域；

所述的亲水区域是指纸基表面未被UV光固化油墨进行疏水处理和未经过紫外光固化机照射处理的区域；

所述的导电区域是指疏水区域被导电油墨涂抹覆盖的区域；

所述的亲水区域底端用于添加水连通疏水导电区域，毛细作用将水输送到顶端，表面蒸发使内部水分不断发生流动；

一种水蒸发诱导的V型纸基发电机的制备方法，包括以下步骤：

(1)将亲水性纸材料裁成条状；

(2)将纸基材料表面按照设计V型结构的一面，使用UV光固化油墨对其表面进行疏水处理，接着经过紫外光固化机处理的区域形成疏水区域，而未经过UV光固化油墨处理和紫外光处理的区域形成亲水区域；

(3)将疏水区域的表面涂抹疏水导电油墨，与亲水区域的边界连接，使导电油墨均匀覆盖至疏水区域，干燥后将纸张对折形成多组V型结构的纸条完成整个制备过程。

步骤(1)中所述的亲水性纸材料为滤纸、书写纸、吸墨纸等中的一种；所述的条状是指将亲水性纸材料裁成宽度为1-4cm长条；

步骤(2)中所述的UV光固化油墨为UV紫外光固化透明油墨；

步骤(3)中所述的导电油墨成分为CH-8炭、碳纳米管、石墨、银浆中的一种；

步骤(3)中所述的干燥是指在70℃干燥4h。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

(1)本发明提供了一种水蒸发诱导的纸基发电机的制备方法，用了UV光固化油墨经紫外光照射处理使亲水纸基表面发生疏水改性，亲水区域的纸张在毛细作用和自然蒸发下可以驱动流体流动，亲水性材料的表面流体流动会产生流电势的机理。该方法步骤简单，并且整个光固化处理过程全程可控，效率极高，可以用于制备简单便携的水蒸发诱导的纸基发电机。

(2)本发明提供的一种水蒸发诱导的纸基发电机的制备方法，该方法步骤简单便于推广，并且整个纸基疏水处理过程全程可控，V型结构可实现流体的有效传输，电路的有效连接，可以用于制备阵列化的水蒸发诱导的纸基发电机。

附图说明

图1为水蒸发诱导的V型纸基发电机制备方法的原理图；

图2为单个通道的V型纸基发电机的电压输出图；

图3为串联6个通道的水分发电机的电压输出图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。本发明涉及的原料均可从市场上直接购买。对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

实施例1：

首先，利用裁纸刀将亲水性滤纸裁成1-4cm宽的纸条；

其次，将纸基材料表面按照设计V型结构的一面，使用UV光固化油墨对其表面进行疏水处理，经过紫外光固化机照射处理的区域形成疏水区域，未经过UV光固化油墨处理和紫外光处理的区域形成亲水区域；

最后，在疏水区域的表面均匀涂抹疏水导电油墨连接到亲水区域，干燥后将纸张对折形成多组V型结构的纸条完成整个制备过程。

实施例1中的UV紫外光固化机处理来自深圳市润沃机电有限公司。

所用的UV光固化油墨为UV紫外光固化透明油墨，所用的导电油墨成分为CH-8。

如图1所示，为本发明制备的一种水蒸发诱导的V型纸基发电机，该纸基发电机包括疏水导电区域与亲水区域，疏水导电区域是亲水的纸基表面被UV光固化油墨处理并涂抹疏水导电油墨(选择纸张的一面涂抹即可)的区域，亲水区域是纸基表面未被UV光固化油墨处理的区域。亲水区域的底端是去离子水样品的添加区域，通过纸张毛细力和水分的自然蒸发驱动流体源源不断输送到顶端与导电区域连通。

图2和图3分别为单个通道和串联6个通道的V型纸基发电机的电压输出图，其中，单个“V型结构”为单个通道，V型纸基发电机中包含多组“V型结构”通道。将V型纸基发电机一端浸泡水中，可以实现单个通道的水分发电机0.3V的电压输出，串联是通过疏水区域涂抹的导电油墨连接，6个通道的水分发电机可以实现1.9V左右的电压输出，电压输出使用吉时利7510万用表测量，具体的根据需要可以将其进行串并联连接，这种从水分蒸发获取的清洁绿色能源将在未来能源应用领域具有一定的发展潜力。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。