一種基于固態(tài)納米孔的熱電轉換體系制造技術

本發(fā)明專利技術公開了一種基于固態(tài)納米孔的熱電轉換體系，所述熱電轉換體系為一封閉體系，其包括容器，該容器由具有錐形孔陣列的聚合物薄膜隔成兩部分；其中，一部分用于盛放含廢熱能量的高溫電解質溶液，另一部分用于盛放低溫電解質溶液；在兩部分容器中均設置電極，并采用導線連接；所述錐形孔的大口端孔徑為300?1000納米，小口端的孔徑為6?210納米，孔密度為0.5x10

A Thermoelectric Conversion System Based on Solid State Nanopore

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種基于固態(tài)納米孔的熱電轉換體系
本專利技術屬于能源利用
，具體地，本專利技術涉及一種基于固態(tài)納米孔的熱電轉換體系。
技術介紹
能源是人類社會發(fā)展的重要基礎，隨著世界經濟的發(fā)展、世界人口的劇增和人民生活水平的不斷提高，世界能源需求量持續(xù)增大。自然界的可再生能源的利用是至關重要的，其中自然界廣泛存在的可再生的廢熱(溫度小于100℃的水溶液)是一種比較有前景的能量源。通過對廢熱的捕獲和存儲，不僅有利于提高能源的利用效率，而且能在一定程度上能緩解能源問題。現(xiàn)有的廢熱捕獲系統(tǒng)大多還是以半導體熱電材料為核心。雖然熱電材料樣式多樣，轉換效率高，但是伴隨的污染問題以及成本高昂都是制約其進一步發(fā)展的因素。特別是其在廢熱捕獲領域的相對低的效率更加影響下了半導體熱電材料在該領域的應用。因此，發(fā)展一種簡單，綠色以及成本低的廢熱捕獲體系已經是一個呼之欲出的課題。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的在于，提供一種基于固態(tài)納米孔的熱電轉換體系，該體系是一種全新的液態(tài)熱電轉換體系，該體系能夠利用仿生納米孔的離子定向流動來將外界熱能轉化成電能。通過理論以及實驗的驗證，本專利技術能夠將不同的熱能轉換成相應的電能。為達到上述目的，本專利技術采用了如下的技術方案：一種基于固態(tài)納米孔的熱電轉換體系，所述熱電轉換體系為一封閉體系，其包括容器，該容器由具有錐形孔陣列的聚合物薄膜隔成兩部分；其中，一部分用于盛放含廢熱能量的高溫電解質溶液，另一部分用于盛放低溫電解質溶液；在兩部分容器中均設置電極，并采用導線連接；所述錐形孔的大口端孔徑為300-1000納米，小口端的孔徑為6-210納米，孔密度為0.5x106-1.5x106cm-2；具有錐形孔陣列的聚合物薄膜的錐形孔大口端對應于高溫電解質溶液，小口端對應于低溫電解質溶液。優(yōu)選地，所述電極為Ag/AgCl電極或氧化銦錫濺射的PET柔性電極。優(yōu)選地，所述錐形孔的大口端孔徑為500納米，小口端的孔徑為10-30納米，孔密度為1x106cm-2。優(yōu)選地，該體系所用的電解質KCl濃度為1M。所述具有錐形孔陣列的聚合物薄膜為具有錐形孔陣列的多孔聚酰亞胺薄膜。本專利技術納米聚合物錐形孔是兩端孔徑不一樣的錐形的結構：一端的孔徑在500納米左右，稱為大口端；而另外一端的孔徑在10納米左右，又稱為小口端。本專利技術中所使用的膜是相同孔陣列的多孔PI膜(孔密度：1x106cm-2)。多孔PI膜表面電荷密度在為-0.23C/m2。本專利技術利用具有非對稱的錐形聚合物(PI)納米孔，KCl溶液作為電解質，氧化銦錫(ITO)濺射的PET作為柔性電極，構建了一個簡單穩(wěn)定的廢熱捕獲體系。具體地，本專利技術中的熱電轉換體系是一個封閉體系，左側容器中裝有含廢熱能量的高溫電解質溶液，對應于右側容器中裝有低溫(室溫)電解質溶液。在左側容器中設置有陽極或陰極，對應于在右側容器中設置有陽極或陰極；并且左側容器中設置的陽極或陰極的導線通向左側容器外，對應于右側容器中設置的陰極或陽極的導線通向右側容器外，通過外接電流表以及負載電阻將電路連通。本專利技術的熱電轉換體系(廢熱捕獲系統(tǒng))具有以下優(yōu)點：結構簡單，材料易得；器件輕巧靈活，能夠適用于各種實際情況；清潔綠色環(huán)保，從器件構筑到實際應用都不存在污染問題；擁有很好的穩(wěn)定性，在經過多次循環(huán)之后仍未見明顯的信號衰減。附圖說明圖1是本專利技術具有錐形孔陣列的聚合物薄膜的制備裝置；圖2是本專利技術的熱電轉換體系的結構示意圖；圖3是本專利技術具有錐形孔陣列的聚合物薄膜中錐形孔的電鏡圖。具體實施方式以下實施例僅是對本專利技術的技術方案作進一步的說明，而不是對本專利技術的技術方案進行限制。實施例1(1)錐形聚合物納米孔制備和表征如圖1所示，本專利技術中具有錐形孔陣列的多孔聚酰亞胺薄膜的錐形聚合物納米孔是利用徑跡刻蝕的方法在重離子轟擊過的聚酰亞胺(PI)制備而得，刻蝕液為13％NaClO，阻止液為1MKI，刻蝕溫度為60℃?？涛g1個小時后，用去離子水清洗備用。對制備好的錐形多孔膜進行電鏡表征，如圖3所示，從圖3可以看出，錐形孔的大口端以及小口端孔徑均在納米級。(2)熱電轉換體系如圖2所示，一種基于固態(tài)納米孔的熱電轉換體系，所述熱電轉換體系為一封閉體系，其包括容器，該容器由具有錐形孔陣列的聚合物薄膜隔成兩部分；其中，一部分用于盛放含廢熱能量的高溫電解質溶液，另一部分用于盛放低溫電解質溶液；在兩部分容器中均設置電極，并采用導線連接；所述錐形孔的大口端孔徑為500納米，小口端的孔徑為10納米，孔密度為1x106cm-2；具有錐形孔陣列的聚合物薄膜的錐形孔大口端對應于高溫電解質溶液，小口端對應于低溫電解質溶液。所述電極為Ag/AgCl電極或氧化銦錫濺射的PET柔性電極。(3)滲透能量轉換性能測試測試池子左側放置35℃KCl(1M)溶液，右側放置25℃KCl(1M)溶液溶液，小口端一側對應低溫度KCl(1M)溶液，最大的輸出功率約為0.012mW/m2。測試池子左側放置45℃KCl(1M)溶液，右側放置25℃KCl(1M)溶液溶液，小口端一側對應低溫度KCl(1M)溶液，最大的輸出功率約為0.064mW/m2。測試池子左側放置55℃KCl(1M)溶液，右側放置25℃KCl(1M)溶液溶液，小口端一側對應低溫度KCl(1M)溶液，最大的輸出功率約為0.09mW/m2。測試池子左側放置65℃KCl(1M)溶液，右側放置25℃KCl(1M)溶液溶液，小口端一側對應低溫度KCl(1M)溶液，最大的輸出功率約為0.18mW/m2。測試池子左側放置65℃KCl(1M)溶液，右側放置25℃KCl(1M)溶液溶液，小口端一側對應低溫度KCl(1M)溶液，最大的輸出功率約為0.18mW/m2。測試池子左側放置75℃KCl(1M)溶液，右側放置25℃KCl(1M)溶液溶液，小口端一側對應低溫度KCl(1M)溶液，最大的輸出功率約為0.21mW/m2。從上述測試可以看出，本專利技術的熱點轉換功率與跨膜溫度差呈正相關關系，溫度差越大，輸出功率越大。本專利技術中所用的錐形孔的小口端決定其離子選擇性，孔徑越小，選擇性越好。但是相應的膜阻也會增加，離子電流減小。最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本專利技術的技術方案而非限制。盡管參照實施例對本專利技術進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應該理解，對本專利技術的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本專利技術技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本專利技術的權利要求范圍當中。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種基于固態(tài)納米孔的熱電轉換體系，其特征在于，所述熱電轉換體系為一封閉體系，其包括容器，該容器由具有錐形孔陣列的聚合物薄膜隔成兩部分；其中，一部分用于盛放含廢熱能量的高溫電解質溶液，另一部分用于盛放低溫電解質溶液；在兩部分容器中均設置電極，并采用導線連接；所述錐形孔的大口端孔徑為300?1000納米，小口端的孔徑為6?210納米，孔密度為0.5x10

【技術特征摘要】
1.一種基于固態(tài)納米孔的熱電轉換體系，其特征在于，所述熱電轉換體系為一封閉體系，其包括容器，該容器由具有錐形孔陣列的聚合物薄膜隔成兩部分；其中，一部分用于盛放含廢熱能量的高溫電解質溶液，另一部分用于盛放低溫電解質溶液；在兩部分容器中均設置電極，并采用導線連接；所述錐形孔的大口端孔徑為300-1000納米，小口端的孔徑為6-210納米，孔密度為0.5x106-1.5x106cm-2；具有錐形孔陣列的聚合物薄膜的錐形孔大口端對應于高溫電解質溶液，...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：聞利平，謝柑華，孔祥玉，江雷，
申請(專利權)人：北京賽特超潤界面科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：北京,11