CN111585021B - 一种基于石墨烯复合材料的自供电天线系统及制作方法 - Google Patents

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CN111585021B CN202010416002.4A CN202010416002A CN111585021B CN 111585021 B CN111585021 B CN 111585021B CN 202010416002 A CN202010416002 A CN 202010416002A CN 111585021 B CN111585021 B CN 111585021B
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Abstract

本发明公开了一种基于石墨烯复合材料的自供电天线系统及制作方法，该天线系统包括天线模块、发电模块以及储能模块，其中天线模块由金属片表面贴合各向同性三维石墨烯构成，储能模块由三维石墨烯超级电容器和电源管理与控制模块构成，发电模块为正极片层与负极片层交替重叠而成的多层结构；发电模块通过接触分离起电与摩擦起电两种机制共同作用产生电流并通过电极输运到储能模块中进行存储，进而为天线模块供电；发电模块中正极片层和负极片层的制备方法均为滴涂工艺，工艺简单易实现。该天线系统可以通过外界振动获取能量，内部发电供给天线系统,实现自供电，并且有着工艺简单、成本低的优点。

Description

一种基于石墨烯复合材料的自供电天线系统及制作方法
技术领域
本发明属于能量回收领域，具体涉及一种基于石墨烯复合材料的自供电天线系统及制作方法。
背景技术
天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介中传播的电磁波，或者进行相反的变换。有源微带天线属于天线的一种，其可以等效为一个谐振腔，在其谐振频率附近即工作频段内有较高的值，它具有体积小，重量轻，制造工艺简单，容易实现等优点。我们在使用有源微带天线的时候，必须为其供电，然而在某些特定情况下外部供电非常麻烦，比如野外；还有存储易燃易爆物品的仓库，由于特殊原因不便布线。在外部无法进行供电的情况下，我们迫切需要设计一个新的自供电天线系统，该系统能够在无供电网络的条件下从外界获取能量，使其转化为电能，进而给整个天线系统供电，实现在无供电网络的情况下正常工作。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供了一种基于石墨烯复合材料的自供电天线系统及制作方法，该天线系统可以在无供电网络的条件下从外界获取能量，使其转化为电能，进而给整个系统供电。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种基于石墨烯复合材料的自供电天线系统，包括发电模块、储能模块4和天线模块5；所述发电模块包括相对贴合并一端固定在储能模块4上形成悬臂梁结构的正极片层1和负极片层2交替重叠而成的多层结构，还包括最下面一个负极片层2背面组装的质量块3，其中制备正极片层1所使用的石墨稀溶液由二维石墨烯鳞片添加到无水乙醇中超声震荡而成；发电模块通过正极片层1和负极片层2两端电极引出导线与储能模块4连接；发电模块通过正极片层1与负极片层2分离起电和摩擦起电两种机制共同作用产生电流并通过正极片层1和负极片层2连接导线传输至储能模块4，进而为整个天线系统供电；
所述正极片层1的结构为正极基板1-1和一层附着在正极基板1-1上的石墨烯薄膜1-2组成；负极片层2的结构为负极基板2-1和一层附着在负极基板2-1上的掺杂有碱金属盐的碳纳米管薄膜2-2组成；储能模块4由三维石墨烯超级电容器和电源管理与控制模块构成，天线模块5由金属片表面贴合各向同性三维石墨烯构成。
所述发电模块根据需要制备若干基本发电单元组合使用。
所述正极片层1和负极片层2的厚度均为50-500μm。
所述碱金属盐为氯化钠或氯化钾。
所述负极片层2的表面附着的碳纳米管薄膜2-2加入碱金属盐后调节的碳纳米管功函数的范围为3eV-4.74eV。
所述储能模块4中的三维石墨烯超级电容器的容量为130-245F/g。
所述天线模块5采用的金属片材料为铜或铝，金属片上所贴合的各向同性三维石墨烯的厚度为9-30μm。
所述质量块3的质量为0.1-1.2mg，采用密度大的材料。
所述的基于石墨烯复合材料的自供电天线系统的制作方法，包括以下步骤：
步骤一：制备正极片层；
1、取柔性绝缘材料作为正极片层1的正极基板1-1，并对正极基板1-1进行预处理：用激光钻孔的方式在正极基板1-1上形成通孔，再通过电镀铜实现通孔的金属化，使用铜或钨作为填充材料，完成预处理工作；
2、选择机械剥离法、氧化还原法、化学气相沉积法中的一种方法来制备二维石墨烯鳞片，随后将二维石墨烯鳞片添加到无水乙醇中，在超声清洗机中进行超声震荡60-90min，超声结束后便得到所需要的石墨稀溶液；
3、利用滴涂法使正极基板1-1表面均匀地附着着一层石墨稀溶液，自然干燥后形成石墨烯薄膜1-2，便制备得到正极片层1；
步骤二：制备负极片层；
1、取柔性绝缘材料作为负极片层2的负极基板2-1，并对基板2-1进行预处理：用激光钻孔的方式在负极基板2-1上形成通孔，再通过电镀铜实现通孔的金属化，使用铜或钨作为填充材料，完成预处理工作；
2、选择石墨电弧法、激光蒸发法、催化裂解法、化学气相沉积法、模板法、水热法、凝聚相电解生成法中的一种方法来制备碳纳米管，随后以聚氨基甲酸乙酯为表面活性剂将碳纳米管分散于乙醇介质中形成碳纳米管溶液，并加入碱金属盐来调节碳纳米管的功函数并制成所需要的碳纳米管溶液；
3、通过滴涂法使负极基板2-1表面均匀地附着着一层掺杂了碱金属盐调节过功函数的碳纳米管溶液，自然干燥后形成碳纳米管薄膜2-2便制备得到负极片层2；
步骤三：制备质量块；
取密度大的材料作为质量块3的材料，利用机械切割、抛光、打磨的物理方法将其制成尺寸质量符合要求、表面光滑的质量块3；
步骤四：组装发电模块；
将所制得的正极片层1和负极片层2有薄膜一面面对面贴合组装起来，得到基本发电单元；根据需要将若干基本发电单元并联组合使用；随后在最下面一片负极片层2的背面组装一个质量块3，构成发电模块；一组相对贴合的正极片层和负极片层构成一个基本发电单元，根据具体需要，发电模块可以包含一个或者多个基本发电单元。
步骤五：制备储能模块；
采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯薄膜，然后用油浴法制得还原石墨烯的水凝胶固体块，并在冷冻干燥机中充分干燥后，制成块体，再用压片法制备成电极板，聚丙烯膜作为隔膜，氢氧化钾溶液作为电解液，铝箔作为集流体制得三维石墨烯超级电容器，随后将三维石墨烯超级电容器和电源管理与控制模块组合制得储能模块4；
步骤六：制备天线模块(5)
在金属或者非金属基片表面贴合三维石墨烯，构成天线模块。
步骤七：连接各个模块构成整个天线系统；
发电模块通过正极片层1和负极片层2两端电极引出导线与储能模块4连接，储能模块4上面连接天线模块5，构成整个天线系统。
本发明的工作原理：本发明天线系统应用于易发生振动的外部环境中，当有外力作用(如风，机械振动)产生时会引起发电模块震动。发电模块震动时正极片层和负极片层结构接触界面相对位移，通过接触分离起点和摩擦起电两种机制共同产生电流，并通过正极片层和负极片层两端电极连接导线传输至储能模块，进而可以为整个天线系统供电。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明一种基于石墨烯复合材料的自供电天线系统，该系统增加发电模块和储能模块，在储能模块内部使用三维石墨烯超级电容器，可以极大的提高电容器的容量。该系统能够在无供电网络的条件下(比如野外或存放易燃易爆物品的仓库)从外界获取能量，使其转化为电能，进而给整个系统供电，实现在无供电网络的情况下完成工作。
现有对比文件为“CN 107959438 B一种基于摩擦起电的柔性可拉伸发电装置”公开了一种基于摩擦起电的发电装置，本发明中的发电模块与对比文件所公开的发电装置有以下区别：
一、结构方面的区别：
对比文件所公开的发电装置结构由摩擦层、第一电极填充层、第二电极填充层、第一装配层以及第二装配层拼接组成。其中，所述第一装配层以及第二装配层之间设有凹槽沟道；所述第一电极填充层填充于所述第一装配层对应的凹槽沟道内，形成第一接触摩擦面；所述的第二电极填充层填充于所述第二填充层对应的凹槽沟道内，并形成第二接触摩擦面；所述摩擦层设置于第一接触摩擦面和第二接触摩擦面之间。
本发明的发电模块由正极片层与负极片层相对贴合而成，并在片层下方附着质量快块。二者在结构方面的区别具体如下：
1.对比文件所公开的发电装置结构有五层，分别是摩擦层、第一电极填充层、第二电极填充层、第一装配层以及第二装配层。本发明基本发电单元结构仅有两层，分别是正极片层和负极片层。如需配置多个基本发电单元，仅需要组合使用即可，对加工难度无影响。
2.对比文件所公开的发电装置结构为凹槽阵列，本发明发电模块结构为平面片层。
3.相比于对比文件所公开的发电装置，本发明在发电模块结构中增添了质量块。可以根据具体应用环境的激励频率，设计相应的质量块，根据
Figure BDA0002495098520000061
(其中f是系统固有频率，K是等效刚度，M是等效质量)，可以使得发电模块系统频率与环境激励频率相等或者非常接近，从而使得发电模块与环境激励实现共振，显著提升发电效率。
二、制备工艺方面的区别：
对比文件所公开的发电装置制备有以下步骤：
1.选择硅为衬底，并清洁硅衬底表面；
2.选择光刻胶，通过挂涂机匀胶机在表面涂敷光刻胶，并通过掩膜板曝光显影，形成厚度在10um至100nm之间，间距在10um至1mm的间隔的障壁，障壁宽度在10um至1mm之间；
3.在硅衬底上通过涂敷聚二甲基硅氧烷，在150°温度下固化，剥离硅衬底，形成具备凹槽沟道的第一装配层或第二装配层；
4.将所述第一装配层或第二装配层，在氧气的环境下进行10min的等离子亲水处理后，在所述第一装配层或第二装配层的表面涂敷银纳米线AgNWs,厚度在100nm至5um之间，形成所述第一电极填充层或第二电极填充层；
5.在所述第一电极填充层或第二电极填充层对应的接触摩擦面涂敷多孔结构聚二甲基硅氧烷，厚度在10um至1mm之间，形成摩擦层；
6.将所述4获取的结构与所述5获取的结构进行拼接，并经过第一电极填充层以及第二电极填充层引出电极，封装。
本发明发电模块制备有以下步骤：
1.制备正极片层：取柔性材料作为正极片层的正极基板，用激光钻孔的方式在正极基板上形成通孔，再通过电镀铜实现通孔的金属化，使用铜作为填充材料，完成预处理工作。改进的Hummers法制备石墨烯溶液，利用滴涂法使正极基板表面均匀地附着着一层石墨稀溶液，自然干燥后形成石墨烯薄膜，便制备得到正极片层；
2.制备负极片层：取柔性材料作为正极片层的正极基板，用激光钻孔的方式在正极基板上形成通孔，再通过电镀铜实现通孔的金属化，使用铜作为填充材料，完成预处理工作。通过化学气相沉积法来制备碳纳米管，随后以聚氨基甲酸乙酯为表面活性剂将碳纳米管分散于乙醇介质中形成碳纳米管溶液，并加入氯化钠来调节碳纳米管的功函数并制成所需要的碳纳米管溶液。通过滴涂法使负极基板表面均匀地附着着一层掺杂了氯化钠调节过功函数的碳纳米管溶液，自然干燥后形成碳纳米管薄膜，便制备得到负极片层。
3.制备质量块：取刚度大的弹性材料作为质量块的材料，利用机械切割、抛光、打磨的物理方法将其制成尺寸质量符合要求、表面光滑的质量块；
4.将正极片层负极片层贴合组装，负极片层下方组装一个质量块。
在制备工艺方面，本发明发电模块相比于对比文件所公开的发电装置，有两方面的具体区别：
1.材料方面：对比文件所公开的发电装置的制备应用的材料有硅、光刻胶、聚二甲基硅氧烷、银纳米线AgNWs，而本发明发电模块的制备应用的材料有任意柔性材料、金属铜、石墨稀溶液、碳纳米管溶液、任意刚度较大的弹性材料，对比文件在制备过程中用到了硅片作为中间材料，而本发明无需中间材料，显然本发明成本低，又环保。
2.步骤方面：对比文件所公开的发电装置的制备步骤为：加工硅衬底，涂敷聚二甲基硅氧烷，并进行加热、固化处理，然后剥离，拼接。本发明发电模块的制备步骤为：制备石墨稀溶液和碳纳米管溶液，滴涂，组装。对比文件中制备步骤需要显影曝光以及倒模剥离等复杂工艺，而本发明采用平面结构，仅需要在基底上涂敷溶液并干燥，工艺过程极大简化，可靠性高，效率高，成本低。
三、原理方面的区别：
1.对比文件所公开的发电装置应用的发电原理为摩擦起电，本发明应用的发电原理为摩擦起电和接触分离起电两种机制共同作用。
2.对比文件所公开的发电装置结构为凹槽嵌套结构，本发明发电模块结构为两个平面结构。当产生机械振动时，对比文件所公开的发电装置发生形变，由于发电装置结构为凹槽嵌套结构，一定程度上会发生拉伸引起脱离；本发明发电模块发生形变，由于本发明发电模块结构为两个平面结构，所以只产生平面作用，显然本发明有更好的发电能力。
附图说明
图1是本发明的天线系统的总体结构图。
图2和图3是发电模块发电原理图，其中，图2为发电模块未发生振动示意图，图3为发电模块发生振动正极片层和负极片层接触界面相对位移示意图。
图4是正极片层和负极片层制备图。
图5是含多个发电单元的系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明一种基于石墨烯复合材料的自供电天线系统，包括发电模块、储能模块4和天线模块5；所述发电模块包括相对贴合一端固定在储能模块4上形成悬臂梁结构的正极片层1和负极片层2交替重叠而成的多层结构，还包括最下面一个负极片层2背面组装的质量块3，其中制备正极片层1中石墨烯薄膜所使用的石墨稀溶液为二维石墨烯鳞片添加到无水乙醇中超声震荡而成；发电模块通过正极片层1和负极片层2两端电极引出导线与储能模块4连接；发电模块通过正极片层1与负极片层2分离起电和摩擦起电两种机制共同作用产生电流并通过正极片层1和负极片层2连接导线传输至储能模块4，进而为整个天线系统供电；
所述正极片层1的结构为正极基板1-1和一层附着在正极基板1-1上的石墨烯薄膜1-2组成；负极片层2的结构为负极基板2-1和一层附着在负极基板2-1上的掺杂有碱金属盐的碳纳米管薄膜2-2组成；储能模块4由三维石墨烯超级电容器和电源管理与控制模块构成，天线模块5由金属片表面贴合各向同性三维石墨烯组构成。
作为本发明的优选实施方式，所述发电模块根据需要制备若干基本发电单元组合使用。
作为本发明的优选实施方式，所述正极片层1和负极片层2的厚度均为50-500μm。
作为本发明的优选实施方式，所述负极片层2的表面附着的碳纳米管薄膜2-2加入碱金属盐后调节的碳纳米管功函数的范围为3eV-4.74eV。
作为本发明的优选实施方式，所述碱金属盐为氯化钠或氯化钾。
作为本发明的优选实施方式，所述储能模块4中的三维石墨烯超级电容器的容量为130-245F/g。
作为本发明的优选实施方式，所述天线模块5采用的金属片材料为铜或铝，金属片上所贴合的各向同性三维石墨烯的厚度为9-30μm。
作为本发明的优选实施方式，所述质量块3的质量为0.1-1.2mg，采用密度大的材料。
如图2和图3所示，本发明的工作原理：本发明天线系统应用于易发生振动的外部环境中，当有外力作用(如风，机械振动)产生时会引起发电模块震动。发电模块震动时正极片层和负极片层结构接触界面相对位移，通过接触分离起点和摩擦起电两种机制共同产生电流，并通过正极片层和负极片层两端电极连接导线传输至储能模块，进而可以为整个天线系统供电。
本发明基于石墨烯复合材料的自供电天线系统的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：制备正极片层；
一、如图4所示，取绝缘柔性材料作为正极片层(1)的正极基板(1-1)，并对正极基板(1-1)进行预处理：用激光钻孔的方式在正极基板(1-1)上形成通孔，再通过电镀铜实现通孔的金属化，使用铜作为填充材料，完成预处理工作。
二、通过改进的Hummers法制备石墨烯溶液：称取3.0g天然鳞片石墨加入到69.0mL浓硫酸于800mL烧杯中，于冰水浴中缓慢加入9.03gKMnO4，搅拌2h，移去冰水浴，缓慢加入138mL蒸馏水，从35℃升温到98℃，然后保温15min，再加入420mL的30％的H2O2溶液搅拌2h。用质量分数为10％的盐酸(118mL浓HCL定容至500mL)洗涤至无硫酸根为止，再用蒸馏水洗涤至pH＝7，由此制得氧化石墨烯溶液，将氧化石墨烯溶液用超声波进行超声分散，最终得到石墨烯分散液，即所需要的石墨烯溶液。
三、利用滴涂法使正极基板(1-1)表面均匀地附着着一层石墨稀溶液，自然干燥后形成石墨烯薄膜(1-2)，便得到所需要的厚度为260μm的正极片层(1)。
步骤2：制备负极片层；
一、如图4所示，取绝缘柔性材料作为负极片层(2)的负极基板(2-1)，并对负极基板(2-1)进行预处理：用激光钻孔的方式在负极基板(2-1)上形成通孔，再通过电镀铜实现通孔的金属化。使用铜作为填充材料，完成预处理工作。
二、通过化学气相沉积法来制备碳纳米管，随后以聚氨基甲酸乙酯为表面活性剂将碳纳米管分散于乙醇介质中形成碳纳米管溶液，并加入氯化钠来调节碳纳米管的功函数并制成所需要的碳纳米管溶液。
三、通过滴涂法使负极基板(2-1)表面均匀地附着着一层掺杂了氯化钠调节过功函数范围为4.74eV的碳纳米管溶液，自然干燥后形成碳纳米管薄膜(2-2)，便得到所需要的厚度为260μm的负极片层(2)。
步骤3：制备质量块；
取密度较大的材料作为质量块(3)的材料，利用机械切割、抛光、打磨的物理方法将其制成尺寸质量符合要求、表面光滑的质量为0.8㎎的质量块(3)；
步骤4：组装发电模块；
将所制得的正极片层(1)和负极片层(2)有薄膜一面面对面贴合组装起来，得到基本的发电单元。随后在最下面一片负极片层(2)的背面组装一个步骤3制备的质量块(3)，构成发电模块。可以根据具体需要设置多个基本发电单元组合使用。
步骤5：制备储能模块；
采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯薄膜，然后用油浴法制得还原石墨烯的水凝胶固体块，并在冷冻干燥机中充分干燥后，制成块体，再用压片法制备成电极板，聚丙烯膜作为隔膜，氢氧化钾溶液作为电解液，铝箔作为集流体制得容量为245F/g的三维石墨烯超级电容器，随后将三维石墨烯超级电容器和电源管理与控制模块组合制得储能模块(4)。
步骤6：制备天线模块(5)
在金属或者非金属基片表面贴合三维石墨烯，构成天线模块。
步骤7：连接各个模块构成整个系统
发电模块通过正极片层(1)和负极片层(2)两端电极引出导线与储能模块(4)连接。储能模块(4)上面连接天线模块(5)，构成整个系统。发电模块通过分离起电和摩擦起电两种机制共同作用产生电流并通过正极片层(1)和负极片层(2)连接导线传输至储能模块(4)，进而为整个系统供电。
如图5所示为含多个发电单元的基于石墨烯复合材料的自供电天线系统结构示意图，多了一组发电单元，能够获取更多的外界能量，转化为更多的电能。此外根据需要，还可以合并多个发电单元，为系统提供更多的电能。

Claims (9)

1.一种基于石墨烯复合材料的自供电天线系统，其特征在于，包括发电模块、储能模块(4)和天线模块(5)；所述发电模块包括相对贴合并一端固定在储能模块(4)上形成悬臂梁结构的正极片层(1)和负极片层(2)重叠而成的双层结构，还包括最下面一个负极片层(2)背面组装的质量块(3)，其中制备正极片层(1)中石墨烯薄膜所使用的石墨稀溶液由二维石墨烯鳞片添加到无水乙醇中超声震荡而成；发电模块通过正极片层(1)和负极片层(2)两端电极引出导线与储能模块(4)连接；发电模块通过正极片层(1)与负极片层(2)接触分离起电和摩擦起电两种机制共同作用产生电流，并通过正极片层(1)和负极片层(2)连接导线传输至储能模块(4)，进而为整个天线系统供电；
所述正极片层(1)的结构为正极基板(1-1)和一层附着在正极基板(1-1)上的石墨烯薄膜(1-2)组成；负极片层(2)的结构为负极基板(2-1)和一层附着在负极基板(2-1)上的掺杂有碱金属盐的碳纳米管薄膜(2-2)组成；储能模块(4)由三维石墨烯超级电容器和电源管理与控制模块构成，天线模块(5)由金属片表面贴合各向同性三维石墨烯构成。
2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯复合材料的自供电天线系统，其特征在于，所述发电模块根据需要制备若干基本发电单元组合使用。
3.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯复合材料的自供电天线系统，其特征在于，所述正极片层(1)和负极片层(2)的厚度均为50-500μm。
4.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯复合材料的自供电天线系统，其特征在于，所述负极片层(2)的表面附着的碳纳米管薄膜(2-2)加入碱金属盐后调节的碳纳米管功函数的范围为3eV-4.74eV。
5.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯复合材料的自供电天线系统，其特征在于，所述碱金属盐为氯化钠或氯化钾。
6.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯复合材料的自供电天线系统，其特征在于，所述储能模块(4)中的三维石墨烯超级电容器的容量为130-245F/g。
7.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯复合材料的自供电天线系统，其特征在于，所述天线模块(5)采用的金属片材料为铜或铝，金属片上所贴合的各向同性三维石墨烯的厚度为9-30μm。
8.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯复合材料的自供电天线系统，其特征在于，所述质量块(3)的质量为0.1-1.2mg，采用密度大的材料。
9.权利要求1至8任一项所述的基于石墨烯复合材料的自供电天线系统的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：制备正极片层；
1、取柔性绝缘材料作为正极片层(1)的正极基板(1-1)，并对正极基板(1-1)进行预处理：用激光钻孔的方式在正极基板(1-1)上形成通孔，再通过电镀铜实现通孔的金属化，使用铜或钨作为填充材料，完成预处理工作；
2、选择机械剥离法、氧化还原法、化学气相沉积法中的一种方法来制备二维石墨烯鳞片，随后将二维石墨烯鳞片添加到无水乙醇中，在超声清洗机中进行超声震荡60-90min，超声结束后便得到所需要的石墨稀溶液；
3、利用滴涂法使正极基板(1-1)表面均匀地附着着一层石墨稀溶液，自然干燥后形成石墨烯薄膜(1-2)，便制备得到正极片层(1)；
步骤二：制备负极片层；
1、取柔性绝缘材料作为负极片层(2)的负极基板(2-1)，并对负极基板(2-1)进行预处理：用激光钻孔的方式在负极基板(2-1)上形成通孔，再通过电镀铜实现通孔的金属化，使用铜或钨作为填充材料，完成预处理工作；
2、选择石墨电弧法、激光蒸发法、催化裂解法、化学气相沉积法、模板法、水热法、凝聚相电解生成法中的一种方法来制备碳纳米管，随后以聚氨基甲酸乙酯为表面活性剂将碳纳米管分散于乙醇介质中形成碳纳米管溶液，加入碱金属盐来调节碳纳米管的功函数并制成所需要的碳纳米管溶液；
3、通过滴涂法使负极基板(2-1)表面均匀地附着着一层掺杂了碱金属盐调节过功函数的碳纳米管溶液，自然干燥后形成碳纳米管薄膜(2-2)便制备得到负极片层(2)；
步骤三：制备质量块；
取密度较大的材料作为质量块(3)的材料，利用机械切割、抛光、打磨的物理方法将其制成尺寸质量符合要求、表面光滑的质量块(3)；
步骤四：组装发电模块；
将所制得的正极片层(1)和负极片层(2)有薄膜一面面对面贴合组装起来，得到基本发电单元；根据需要将若干基本发电单元并联组合使用；随后在最下面一片负极片层(2)的背面组装一个质量块(3)，构成发电模块；
步骤五：制备储能模块；
采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯薄膜，然后用油浴法制得还原石墨烯的水凝胶固体块，并在冷冻干燥机中充分干燥后，制成块体，再用压片法制备成电极板，聚丙烯膜作为隔膜，氢氧化钾溶液作为电解液，铝箔作为集流体制得三维石墨烯超级电容器，随后将三维石墨烯超级电容器和电源管理与控制模块组合制得储能模块(4)；
步骤六：制备天线模块(5)；
在金属或者非金属基片表面贴合三维石墨烯，构成天线模块；
步骤七：连接各个模块构成整个天线系统；
发电模块通过正极片层(1)和负极片层(2)两端电极引出导线与储能模块(4)连接，储能模块(4)上面连接天线模块(5)，构成整个天线系统。
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