本發(fā)明屬于水伏效應，具體涉及一種微觀有序水伏器件及其制備方法。

背景技術：

1、水伏效應利用水流與表面帶電微納顆粒堆積形成的多孔結構之間的相互作用而對外輸出電能，例如通過利用蒸發(fā)可以帶動毛細水流在微納顆粒之間形成持續(xù)的流動，這種持續(xù)流動可以使得在毛細水流的前后兩端形成持續(xù)的電信號輸出(xue,et.al.,naturenanotech?2017,12,317.)。在蒸發(fā)型水伏器件的結構中，發(fā)電功能層，即微納顆粒堆積形成的孔洞層，是核心組成部件。功能層的各項參數，諸如表面電荷、親疏水性、孔道結構等對于器件的輸出性能都有影響，例如，材料表面電荷增加有利于器件信號的增強；增加功能層親水性有利于增強毛細水流的運動從而增強輸出性能(zhang,et.al.,nano?energy,2022,98:107288.)。然而，針對孔道結構對水伏器件性能的影響，目前利用的絕大部分功能層都是由大小且排列隨機的微納顆粒組成。這類結構的功能層對于準確把握器件內部發(fā)電過程以及探究微觀結構所致使的器件性能影響是不利的。因此，在水伏器件中利用規(guī)整微觀結構以探究器件的電學表現是必要的。

2、目前，人們已經做了初步嘗試以探究微觀結構與器件的對外輸出之間的關系。例如，在200nm尺寸的氧化鋁顆粒功能層中摻入20nm的微小氧化鋁可以實現對空隙的填補，從而形成更多更小的孔道，這有利于提高器件的輸出性能(li,et.al.,nat.commun.2022,13,1043.)；通過控制顆粒粒徑以調控平均通道尺寸，而通道尺寸影響著諸多因素，比如毛細水流爬升高度、水流運動速度等，從而影響著器件性能輸出(li,et.al.,adv.mater.,2023,35,2304099.)。然而，目前所選用的顆粒大多為無規(guī)顆粒以形成功能層，這不利于對發(fā)電過程進行模型化，以深入了解水流與功能層之間的相互作用；另外無規(guī)則的微觀形貌也不利于對發(fā)電過程進行更細致的調控與設計。因此，需要得到具有規(guī)整微觀形貌的水伏器件。

技術實現思路

1、無規(guī)整顆粒形成的水伏器件難以從微觀結構方面對器件進行調控與設計，另外也無法準確結合模擬將發(fā)電過程模型化(li,et.al.,nat.commun.2022,13,1043.)。

2、為了解決上述存在的技術問題，本申請?zhí)峁┤缦录夹g方案：

3、本發(fā)明提出了一種新型微觀結構的蒸發(fā)式水伏器件，其是基于規(guī)整氧化硅球形顆粒進行自組裝以形成有序微觀結構的水伏器件。與現有一般水伏器件相比，微觀結構有序的水伏器件可以從微觀結構方面對器件進行調控與設計，另外也能夠結合模擬將發(fā)電過程模型化。

4、本發(fā)明提供一種微觀有序水伏器件的制備方法，包括如下步驟：

5、s1：將四乙氧基硅烷和氨水加入混合溶液中，反應后除雜，得到均一的氧化硅球形顆粒；

6、s2：將所述氧化硅球形顆粒超聲分散于有機溶劑中，得到分散液；

7、s3：向所述分散液中垂直加入陶瓷片基底，使所述陶瓷片基底附著分散液后取出；

8、s4：將所述步驟s3中附著分散液的陶瓷片基底加熱干燥，使乙醇完全蒸發(fā)，得到附著有自組裝層的陶瓷片基底；

9、s5：將所述步驟s4中陶瓷片基底附著有自組裝層的兩端分別用金屬線外接電極，得到所述微觀有序水伏器件。

10、優(yōu)選的，所述混合溶液由乙醇和水組成。

11、優(yōu)選的，所述氧化硅球形顆粒的直徑為280-470nm。

12、進一步地，所述氧化硅球形顆粒的直徑為380-470nm。

13、具體的，所述氧化硅球形顆粒的直徑為420nm。

14、優(yōu)選的，所述有機溶劑為乙醇。

15、優(yōu)選的，所述步驟s4中，加熱干燥的溫度為75-85℃。

16、優(yōu)選的，所述步驟s4中，加熱干燥時避免周圍環(huán)境的空氣擾動。

17、優(yōu)選的，所述步驟s5中，外接電極時，導電漿料選自銀漿或碳漿。

18、優(yōu)選的，所述步驟s5中，外接電極時，金屬線選自銀、金、鉑或銅。

19、本發(fā)明還提供一種上述制備方法制備得到的微觀有序水伏器件。

20、本發(fā)明的技術方案相比現有技術具有以下優(yōu)點：

21、本發(fā)明基于均一氧化硅球形顆粒進行自組裝形成規(guī)整微觀結構設計了一種新型微觀結構有序的蒸發(fā)式水伏器件。與現有技術相比，微觀結構有序的水伏器件相對于結構無序的水伏器件來說，從微觀結構上對器件進行了精確調控，有利于結合模擬對水伏器件進行精確設計，促進水伏器件發(fā)電過程的模型化以及機理探究。

技術特征：

1.一種微觀有序水伏器件的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述混合溶液由乙醇和水組成。

3.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述氧化硅球形顆粒的直徑為280-470nm。

4.如權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述氧化硅球形顆粒的直徑為380-470nm。

5.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述有機溶劑為乙醇。

6.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s4中，加熱干燥的溫度為75-85℃。

7.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s4中，加熱干燥時避免周圍環(huán)境的空氣擾動。

8.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s5中，外接電極時，導電漿料選自銀漿或碳漿。

9.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s5中，外接電極時，金屬線選自銀、金、鉑或銅。

10.一種權利要求1-9中任一項所述制備方法制備得到的微觀有序水伏器件。

技術總結
本發(fā)明屬于水伏效應技術領域，具體涉及一種微觀有序水伏器件及其制備方法。本發(fā)明基于均一氧化硅球形顆粒進行自組裝形成規(guī)整微觀結構設計了一種新型微觀結構有序的蒸發(fā)式水伏器件。與現有技術相比，微觀結構有序的水伏器件相對于結構無序的水伏器件來說，從微觀結構上對器件進行了精確調控，有利于結合模擬對水伏器件進行精確設計，促進水伏器件發(fā)電過程的模型化以及機理探究。

技術研發(fā)人員：孫寶全,袁先榮,王玉生,宋濤
受保護的技術使用者：蘇州大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/10