CN114744917B - 一种石墨烯发电器件及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种石墨烯发电器件及其制备方法和应用。该石墨烯发电器件包括导热膜、导电层以及连接所述导热膜与所述导电层的功能层，所述功能层由填料与负载在所述填料表面的弱还原氧化石墨烯组成，所述填料在所述功能层中形成微纳孔隙结构，所述微纳孔隙结构能够通过毛细效应将水溶液吸入。所述弱还原氧化石墨烯中富含呈负电荷特性的羧基官能团，通过导热膜获得均匀分布的底部热源，使吸入功能层的水溶液持续蒸发，促进水溶液中正离子通过的同时抑制了负离子的通过，从而在功能层的上下表面形成正负离子浓度差，进而形成电势差，在使用外电路将导热膜和导电层连接形成回路时，有电流形成并流过外电路负载完成发电。

Description

一种石墨烯发电器件及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及石墨烯技术领域，特别是一种石墨烯发电器件及其制备方法和应用。

背景技术

化石能源一直以来都存在着废热废气等问题，而社会发展对的能源需求却在持续增长，开发一种可持续的绿色能源的研究一直是科研工作者关注的热点课题。为此人们也开发了许多利用环境友好的供电系统，大到潮汐发电、海浪动能发电、太阳能发电，小到纳米摩擦发电、纳米热力发电等。这些都是利用不同的发电原理对自然界中的能量，如光能、热能、动能等，转化成可利用的电能。

除以上能源外，自然界还蕴含着巨大的可持续开发的能源，例如：水，水是自然人界中蕴含量最大的物质，不管是江河湖海、白云草地还是空气中都含有大量的水。如果能将水中蕴含的能量开发利用，将极大的缓减社会发展对化石能源的依赖。

石墨烯是一种新兴材料，具有优异的物理和化学性能，在导热导电等领域具有巨大的应用潜力。其具有高达5300W/(m·K)的热导率，且具有优异的机械强度和良好的柔性，基于以上优异的物化性能，本发明公开一种通过石墨烯辅助导热的水热蒸发驱动的石墨烯发电器件。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的不足，本发明的第一目的在于提供一种可以通过水热蒸发驱动的石墨烯发电器件。

本发明的第二目的在于提供该种石墨烯发热器件的制造方法。

本发明的第三目的在于提供该种石墨烯发热器件的应用方式。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

（1）提供导热膜；

该步骤的目的在于通过在导热膜表面聚焦热源，使石墨烯发热器件的导热膜快速的收集并均衡热量，使功能层获得均匀分布的热源，从而促使功能层内吸入的水溶液持续蒸发。

所述导热膜可以为人工石墨膜、石墨烯导热膜、六方氮化硼膜中的任一种。

优选的，所述导热膜为石墨烯导热膜，所述石墨烯导热膜可以通过第一方式制备：使用还原氧化石墨烯粉体作为溶质，NMP作为溶剂，质量比为0.1-1%的PVDF作为粘结剂，制备固含量为2.5-4%的还原氧化石墨烯浆液，将还原氧化石墨烯浆液涂布至PTE膜，涂布厚度为100-400μm，经60-100℃烘箱烘干处理，获得石墨烯导热膜。典型但非限制性的PVDF的质量比为0.1%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%，典型但非限制性的还原氧化石墨烯浆液的固含量为2.5%、2.8%、3.0%、3.2%、3.4%、3.6%、3.8%、4.0%；典型但非限制性的涂布厚度为100μm、200μm、300μm、400μm。所述石墨烯导热膜还可以通过第二方式制备：使用Hummers法将石墨烯粉体氧化获得氧化石墨烯浆料，将氧化石墨烯浆料经抽滤、涂布、碳化还原、高温石墨化，最后压延、裁切处理，获得合适大小的石墨烯导热膜。

（2）制备氧化石墨烯浆液与填料的混合浆液；

该步骤的目的在于在功能层中形成致密的微纳孔隙，所述微纳孔隙结构能够通过毛细效应将水溶液吸入。

为达这一目的，所述填料可以通过密堆填充形成微纳孔隙结构，如氧化物颗粒之间的密堆填充，所述填料也可以因自身特质而具有微纳孔隙结构，如维管植物组织。

优选的，所述填料为Al₂O₃粉体，所述Al₂O₃粉体具有第一粒径和第二粒径，所述第一粒径的Al₂O₃粉体直径为5~20μm，所述第二粒径的Al₂O₃粉体直径为0.2~1μm，第一粒径的Al₂O₃粉体与第二粒径的Al₂O₃粉体的质量比为1:1~5。采用不同粒径大小的Al₂O₃粉体是在于获得最佳的密堆填充效果，若粉体粒径过大，会使形成的孔隙结构过大，无法产生毛细效应，若粉体粒径过小，则会造成板结无法吸水，因而，使用粒径大小不同的Al₂O₃粉体混合均匀后密堆填充，能够产生合适大小的微纳孔隙，从而产生毛细效应并将水溶液吸入功能层内。所述氧化石墨烯浆液与所述Al₂O₃粉体的质量比为1：35~50。典型但非限制性的第一粒径的Al₂O₃粉体的直径为5μm、10μm、15μm、20微米；典型但非限制性的第二粒径的Al₂O₃粉体的直径为0.2μm、0.5μm、0.8μm、1μm；典型但非限制性的第一粒径的Al₂O₃粉体与第二粒径的Al₂O₃粉体的质量比为1:1、1:2、1:3、1:4、1:5；典型但非限制性的氧化石墨烯浆液与所述Al₂O₃粉体的质量比为1:35、1:40、1:45、1:50。

（3）将步骤（2）所制备的混合浆液涂布至导热膜一侧，随后进行烘干处理；所述烘干处理的温度为60~150℃，该目的在于烘干氧化石墨烯浆液中的水分形成氧化石墨烯，同时使得氧化石墨烯负载在填料表面。

（4）将步骤（3）所制得的样品进行弱还原处理；

该步骤的目的在于脱去氧化石墨烯中的羟基和环氧基，保留荷负电特性的羧基官能团，获得导热膜及附着在导热膜一侧的由填料与负载在所述填料表面的弱还原氧化石墨烯组成的功能层。

优选的，所述弱还原处理是在惰性气体保护氛围通过控制还原温度实现，优选的，所述还原温度为200~400℃，还原时间为2~6h。在惰性气体保护氛围下，能够防止氧化石墨烯浆液被进一步氧化，而200~400℃的温度范围，能有效脱去氧化石墨烯浆液中的羟基和环氧基，而保留羧基官能团。典型但非限制性的所述处理温度为200℃、300℃、400℃；典型但非限制性的所述处理时间为2h、3h、4h、5h、6h。

通过（1）~（4）步骤，能够得到导热膜及附着在导热膜一侧的具有微纳孔隙结构并富含羧基官能团的功能层，羧基官能团具有荷负电特性，当水溶液被吸入功能层内，导热膜通过聚焦热源、均匀热源促使吸入功能层内的水溶液持续蒸发，同时，功能层内均匀分布的荷负电特性的羧基官能团促使水溶液中的正、负离子随着水溶液蒸发而分离并在功能层上下表面富集：负离子由于被抑制而聚集在功能层与导热膜的连接端，正离子在蒸发作用与毛细效应的双重作用下，通过微纳孔隙向上流动，富集在功能层与导电层的连接端，从而在功能层的上下表面形成正负离子浓度差，进而形成稳定的电势差。

（5）在所述功能层远离所述导热膜的一侧通过CVD法喷涂金属形成导电层；

该步骤的目的在于对聚集在功能层与导电层连接端的负离子进行收集。所述导电层通过CVD法喷涂金属的方式制备，由于通过喷涂的方式能获得集电极面的同时并不会造成功能层表面微纳孔隙堵塞，从而不会影响功能层的毛细效应吸入水溶液和功能层内部水溶液蒸发的动态平衡。优选的，所喷涂的金属为Au、Ag、Pt中的任一种。

本发明提供的一种石墨烯发电器件，具有以下结构：

包括导热膜、导电层以及连接所述导热膜与所述导电层的功能层，所述功能层由填料与负载在所述填料表面的弱还原氧化石墨烯组成，所述填料在所述功能层中通过密堆填充形成微纳孔隙结构，所述微纳孔隙结构能够通过毛细效应将水溶液吸入功能层内。

优选的，所述填料为Al₂O₃粉体，包括直径为5~20μm的第一粒径Al₂O₃粉体和直径为0.2~1μm的第二粒径Al₂O₃粉体，所述第一粒径Al₂O₃粉体与第二粒径Al₂O₃粉体的质量比为1:1~5，所述弱还原氧化石墨烯浆液与所述Al₂O₃粉体的质量比为1:35~50。通过不同粒径大小的Al₂O₃粉体的密堆填充，可以形成合适大小的微纳孔隙结构，从而保证水分能够通过毛细效应而被吸入功能层内并通过底部热源驱动功能层内的水溶液蒸发出去。

优选的，所述导电层通过CVD法喷涂金属获得，且所述导电层不会堵塞所述微纳孔隙结构，导电层所喷涂的金属为Au、Ag、Pt中的任一种。

优选的，所述导热膜为石墨烯导热膜。

本发明提供的一种石墨烯发电器件的应用方式如下：

将石墨烯发电器件的功能层与水溶液接触，并通过其功能层自身的微纳孔隙结构构建的毛细效应将水溶液吸入功能层。将导热膜与热源接触，如使用凸透镜使阳光聚焦在导热膜上，利用导热膜优异的热传导性能使热量均匀分布，从而促使功能层内吸入的水溶液稳定持续的蒸发。由于功能层中弱还原氧化石墨烯中荷负电特性的羧基官能团的存在，促进了水溶液中正、负离子分离并在功能层上下表面富集，从而在功能层的上下表面形成正负离子浓度差，进而形成电势差，在使用外电路将导热膜和导电层连接形成回路时，有电流形成并流过外电路负载完成发电。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的一种石墨烯发电器件，通过蒸发作用及微纳孔隙结构的毛细效应，实现水溶液的自吸和蒸发，同时利用弱还原氧化石墨烯中保留的羧基官能团，促使水溶液中正、负离子分离并在功能层上下表面富集，在功能层两面形成不同离子浓度差，从而形成稳定的电势差；

2、本发明提供的一种石墨烯发电器件，是通过密堆填充的方式形成微纳孔隙结构，并通过其毛细效应实现水溶液的自吸；

3、本发明提供的一种石墨烯发电器件，利用石墨烯导热膜作为接收热量的载体，同时能够作为电极存在；

4、本发明提供的一种石墨烯发电器件，利用石墨烯导热膜超强的水平方向导热率来实现热量的均匀分布，并增强水溶液的蒸发效果；

5、本发明提供的一种石墨烯发电器件，是一种开发水中能源的器件，可适用于多种使用环境；

6、本发明提供的一种石墨烯发电器件，是一种自动收集能源的装置，可通过串联实现宏观大电流，也可以作为微小器件的供能系统；

7、本发明所提供的一种石墨烯发电器件为柔性发电器件，可实现曲面施工；

8、本发明所提供的一种石墨烯发电器件，为溶液正负离子浓度差类发电器件的研究提供了重要的参考和借鉴。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的一种石墨烯发电器件的结构示意图。

图2为本发明实施例1提供的氧化石墨烯的热重曲线图。

附图标记：

1-第一粒径Al₂O₃粉体；2-第二粒径Al₂O₃粉体；3-弱还原氧化石墨烯；4-石墨烯导热膜；5-导电层。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

以下为具体实施例部分：

实施例1

本发明提出一种石墨烯发电器件的制备方法，具体步骤如下：

（1）使用还原氧化石墨烯粉体作为溶质，NMP作为溶剂，0.2%质量比的PVDF作为粘结剂，通过2500r/min的速率高速分散30min，然后将分散的石墨烯浆料在500mpa条件下循环均质处理4遍，制备固含为3.6%的还原氧化石墨烯浆液备用，使用四面刮刀300μm刮涂面，将还原氧化石墨烯涂布在透明干净的PTE膜，涂布厚度为300μm，经80℃烘箱烘干处理，测的石墨烯膜层厚度为28μm，获得石墨烯导热膜4；

（2）按1:4的质量比将直径为5μm的第一粒径Al₂O₃粉体1和直径为0.5μm的第二粒径Al₂O₃粉体2混合均匀，将固含2.3%的氧化石墨烯浆液与前面混合的Al₂O₃粉体按1:40的质量比充分研磨混合均匀，获得Al₂O₃粉体与氧化石墨烯浆液的混合浆液；

（3）使用四面刮刀的300μm刮涂面，在石墨烯导热膜上刮涂厚度为300μm厚的混合浆液，并将涂布好的样品转移至100℃烘箱进行烘干处理；

（4）将步骤（3）中烘干的样品转移至马弗炉进行弱还原处理，如图2所示，根据氧化石墨烯的热重曲线，在惰性气体保护氛围下，300℃热还原处理4h，除去负载在Al₂O₃粉体表面上的氧化石墨烯中容易脱落的羟基和环氧基等官能团，保留下羧基官能团，获得导热膜及附着在导热膜一侧的由Al₂O₃粉体与负载在Al₂O₃粉体表面的弱还原氧化石墨烯3组成的功能层；

（5）使用紫外喷金仪在功能层表面进行30s喷Pt处理形成导电层5，获得目标产品石墨烯发电器件。

去除PET膜，将经过上述步骤获得的石墨烯发电器件使用外电路将导热膜和导电层连接形成回路，将所述石墨烯发电器件的功能层与自来水接触，所述导热膜与热源接触，进行电势差检测，测试结果为0.97V。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于不提供石墨烯导热膜，并对功能层的两端进行喷Pt处理，其目的在于研究石墨烯导热膜对发电器件性能的影响。具体步骤如下：

（1）按1:4的质量比将直径为5μm的第一粒径Al₂O₃粉体和直径为0.5μm的第二粒径Al₂O₃粉体混合均匀，将固含2.3%的氧化石墨烯浆液与前面混合的Al₂O₃粉体按1:40的质量比充分研磨混合均匀，获得Al₂O₃粉体与氧化石墨烯浆液的混合浆液；

（2）使用四面刮刀的300μm刮涂面，在PET膜上刮涂厚度为300μm厚的混合浆液，并将涂布好的样品转移至100℃烘箱进行烘干处理；

（3）将步骤（2）中烘干的样品转移至马弗炉进行弱还原处理，根据氧化石墨烯的热重曲线，在惰性气体保护氛围下，300℃热还原处理4h，除去负载在Al₂O₃粉体表面上的氧化石墨烯中容易脱落的羟基和环氧基等官能团，保留下羧基官能团，获得由Al₂O₃粉体与负载在Al₂O₃粉体表面的弱还原氧化石墨烯组成的功能层；

（4）去除PET膜，使用紫外喷金仪在功能层的上下表面均进行30s喷Pt处理，获得不含石墨烯导热膜的发电器件。

将上述样品进行与实施例1相同的电势差测试，测试结果为0.27V，远低于实施例1测试结果数据。

这可归因于：缺乏石墨烯导热膜的发电器件导热性能较差，受热不均匀导致水溶液的热蒸发不稳定，而石墨烯导热膜可使聚焦太阳光的热量均匀分布，保证蒸发效果的稳定性。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于在步骤（1）控制涂布厚度获得烘干厚度度50μm的石墨烯膜。其目的在于探究石墨烯膜厚度对发电器件性能的影响。具体步骤如下：

（1）使用还原氧化石墨烯粉体作为溶质，NMP作为溶剂，0.2%质量比的PVDF作为粘结剂，通过2500r/min的速率高速分散30min，然后将分散的石墨烯浆料在500mpa条件下循环均质处理4遍，制备固含为3.6%的还原氧化石墨烯浆液备用，使用四面刮刀500μm刮涂面，将还原氧化石墨烯涂布在透明干净的PTE膜，涂布厚度为500μm，经80℃烘箱烘干处理，测的石墨烯膜层厚度为50μm厚，获得石墨烯导热膜；

（2）按1:4的质量比将直径为5μm的第一粒径Al₂O₃粉体和直径为0.5μm的第二粒径Al₂O₃粉体混合均匀，将固含2.3%的氧化石墨烯浆液与前面混合的Al₂O₃粉体按1:40的质量比充分研磨混合均匀，获得Al₂O₃粉体与氧化石墨烯浆液的混合浆液；

（3）使用四面刮刀的300μm刮涂面，在石墨烯导热膜上刮涂厚度为300μm厚的混合浆液，并将涂布好的样品转移至100℃烘箱进行烘干处理；

（4）将步骤（3）中烘干的样品转移至马弗炉进行弱还原处理，根据氧化石墨烯的热重曲线，在惰性气体保护氛围下，300℃热还原处理4h，除去负载在Al₂O₃粉体表面上的氧化石墨烯中容易脱落的羟基和环氧基等官能团，保留下羧基官能团，获得导热膜及附着在导热膜一侧的由Al₂O₃粉体与负载在Al₂O₃粉体表面的弱还原氧化石墨烯组成的功能层；

（5）使用紫外喷金仪在功能层表面进行30s喷Pt处理形成导电层，获得目标产品石墨烯发电器件。

将上述样品进行与实施例1相同的电势差测试，测试结果为0.83V，略低于实施例1测试结果数据。

这可归因于：石墨烯导热膜虽在水平方向上的热导率虽然非常理想，但在纵轴方向上的热导率相对差一些，当石墨烯涂层增厚时，纵轴方向热传导效率减弱，蒸发效果降低，从而导致电势差略有降低。

实施例4

本实施例与实施例1的区别在于使用经Hummers法氧化后经抽滤、涂布、碳化还原、高温石墨化及压延处理后裁切成合适大小的石墨烯导热膜，其目的在于探究石墨烯导热膜的成膜方法对发电器件性能的影响。具体步骤如下：

（1）将抽滤、涂布后的氧化石墨烯膜碳化后，转移至3100℃的惰性气体保护的石墨化炉内进行石墨化处理，获得的石墨烯膜放置在120吨级平板液压机下进行压延处理，压延时间2min，获得致密性较好的厚度为30μm的石墨烯导热膜；

（2）按1:4的质量比将直径为5μm的第一粒径Al₂O₃粉体和直径为0.5μm的第二粒径Al₂O₃粉体混合均匀，将固含2.3%的氧化石墨烯浆液与前面混合的Al₂O₃粉体按1:40的质量比充分研磨混合均匀，获得Al₂O₃粉体与氧化石墨烯浆液的混合浆液；

（3）使用四面刮刀的300μm刮涂面，在石墨烯导热膜上刮涂厚度为300μm厚的混合浆液，并将涂布好的样品转移至100℃烘箱进行烘干处理；

（4）将步骤（3）中烘干的样品转移至马弗炉进行弱还原处理，根据氧化石墨烯的热重曲线，在惰性气体保护氛围下，300℃热还原处理4h，除去负载在Al₂O₃粉体表面上的氧化石墨烯中容易脱落的羟基和环氧基等官能团，保留下羧基官能团，获得导热膜及附着在导热膜一侧的由Al₂O₃粉体与负载在Al₂O₃粉体表面的弱还原氧化石墨烯组成的功能层；

（5）使用紫外喷金仪在功能层表面进行30s喷Pt处理形成导电层，获得目标产品石墨烯发电器件。

将上述样品进行与实施例1相同的电势差测试，测试结果为1.02V，与实施例1测试结果相近。因而可得知，石墨烯导热膜的导热性能主要与石墨烯厚度有关，而与成膜形式关系不大。

实施例5

本实施例与实施例1的区别在于使用去离子水、稀氯化钠溶液替代实施例1中的自来水，其目的在于探究水溶液离子浓度对器件性能的影响。在稀氯化钠溶液中测试结果为1.05V，在去离子水中测试结果为0.91V，即功能层两面的电势差：稀氯化钠溶液＞自来水＞去离子水。由此可知，水溶液中离子浓度会对发电性能造成一定程度的影响，一般而言，水溶液中离子浓度越大，其发电性能越好。

实施例6

本实施例与实施例1的区别在于使用原木片代替Al₂O₃粉体作为填料，其目的在于探究不同类型的填料对器件性能的影响。具体步骤如下：

（1）使用还原氧化石墨烯粉体作为溶质，NMP作为溶剂，0.2%质量比的PVDF作为粘结剂，通过2500r/min的速率高速分散30min，然后将分散的石墨烯浆料在500mpa条件下循环均质处理4遍，制备固含为3.6%的还原氧化石墨烯浆液备用，使用四面刮刀300μm刮涂面，将还原氧化石墨烯涂布在透明干净的PTE膜，涂布厚度为300μm，经80℃烘箱烘干处理，测的石墨烯膜层厚度仅有28μm厚，获得石墨烯导热膜；

（2）将固含2.3%的氧化石墨烯浆液与原木片碎屑按1:40的质量比充分研磨混合均匀，获得原木片碎屑与氧化石墨烯浆液的混合浆液；

（3）使用四面刮刀的300μm刮涂面，在石墨烯导热膜上刮涂厚度为300μm厚的混合浆液，并将涂布好的样品转移至100℃烘箱进行烘干处理；

（4）将步骤（3）中烘干的样品转移至马弗炉进行弱还原处理，根据氧化石墨烯的热重曲线，在惰性气体保护氛围下，300℃热还原处理4h，除去负载在原木片碎屑表面上的氧化石墨烯中容易脱落的羟基和环氧基等官能团，保留下羧基官能团，获得导热膜及附着在导热膜一侧的由原木片碎屑与负载在原木片碎屑表面的弱还原氧化石墨烯组成的功能层；

（5）使用紫外喷金仪在功能层表面进行30s喷Pt处理形成导电层，获得目标产品石墨烯发电器件。

将上述样品进行与实施例1相同的电势差测试，测试结果为0.31V，低于实施例1测试结果数据。

这可归因于：原木片难以获得密堆填充功能膜层，其形成的微纳孔隙大小难以调控，也使得水溶液在吸入不顺畅，此外原木片与纳米氧化物颗粒另一不同之处在于，原木片片径相较过大，存在一定空间位阻效应不利于功能层内水溶液的持续稳定蒸发，从而导致其导致其难以获得较为理想的电势差。

实施例7

本实施例与实施例1的区别在于采用磁控溅射的方式镀上致密的金属导电层，其目的在于探究导电层金属颗粒间隙对石墨烯发电器件性能的影响。具体步骤如下：

（1）使用还原氧化石墨烯粉体作为溶质，NMP作为溶剂，0.2%质量比的PVDF作为粘结剂，通过2500r/min的速率高速分散30min，然后将分散的石墨烯浆料在500mpa条件下循环均质处理4遍，制备固含为3.6%的还原氧化石墨烯浆液备用，使用四面刮刀300μm刮涂面，将还原氧化石墨烯涂布在透明干净的PTE膜，涂布厚度为300μm，经80℃烘箱烘干处理，测的石墨烯膜层厚度仅有28μm厚，获得石墨烯导热膜；

（2）按1:4的质量比将直径为5μm的第一粒径Al₂O₃粉体和直径为0.5μm的第二粒径Al₂O₃粉体混合均匀，将固含2.3%的氧化石墨烯浆液与前面混合的Al₂O₃粉体按1:40的质量比充分研磨混合均匀，获得Al₂O₃粉体与氧化石墨烯浆液的混合浆液；

（3）使用四面刮刀的300μm刮涂面，在石墨烯导热膜上刮涂厚度为300μm厚的混合浆液，并将涂布好的样品转移至100℃烘箱进行烘干处理；

（4）将步骤（3）中烘干的样品转移至马弗炉进行弱还原处理，根据氧化石墨烯的热重曲线，在惰性气体保护氛围下，300℃热还原处理4h，除去负载在Al₂O₃粉体表面上的氧化石墨烯中容易脱落的羟基和环氧基等官能团，保留下羧基官能团，获得导热膜及附着在导热膜一侧的由Al₂O₃粉体与负载在Al₂O₃粉体表面的弱还原氧化石墨烯组成的功能层；

（5）通过磁控溅射，在功能层表面进行镀Pt处理形成导电层，获得目标产品石墨烯发电器件。

将上述样品进行与实施例1相同的电势差测试，测试结果为0.57V，远低于实施例1测试结果数据。

这可归因于：采用磁控溅射进行镀Pt处理获得的导电层，其金属蒸镀层致密性较好，堵塞了功能层的微纳孔隙结构，从而影响了功能层对水分的蒸发，从而影响石墨烯发电器件的发电性能。

在本说明书的描述中，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种石墨烯发电器件，其特征在于，包括：

导热膜、导电层以及连接所述导热膜与所述导电层的功能层，所述功能层由填料与负载在所述填料表面的弱还原氧化石墨烯组成，所述填料在所述功能层中形成微纳孔隙结构，所述微纳孔隙结构能够通过毛细效应将水溶液吸入，所述弱还原氧化石墨烯脱去了氧化石墨烯中的羟基和环氧基，保留呈负电荷特性的羧基官能团，所述所述填料为Al₂O₃粉体，包括直径为5~20μm的第一粒径Al₂O₃粉体和直径为0.2~1μm的第二粒径Al₂O₃粉体，所述第一粒径Al₂O₃粉体与第二粒径Al₂O₃粉体的质量比为1:1~5。

2.根据权利要求1所述的石墨烯发电器件，其特征在于：所述导电层是通过CVD法喷涂金属的方式获得。

3.根据权利要求1所述的石墨烯发电器件，其特征在于：所述导热膜为石墨烯导热膜。

4.一种石墨烯发电器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）提供导热膜；

（2）制备氧化石墨烯浆液与填料的混合浆液，并充分地分散均匀，所述填料通过密堆填充形成微纳孔隙结构，所述微纳孔隙结构能够通过毛细效应将水吸入；

（3）将所述混合浆液涂布至导热膜一侧，进行烘干处理；

（4）弱还原处理，脱去氧化石墨烯中的羟基和环氧基，保留呈负电荷特性的羧基官能团，获得由填料与负载在所述填料表面的弱还原氧化石墨烯组成的毛细效应功能层；

（5）在所述功能层远离所述导热膜的一侧通过CVD法喷涂金属导电层，获得如权利要求1~3任一项所述的石墨烯发电器件。

5.根据权利要求4所述的一种石墨烯发电器件的制备方法，其特征在于，步骤（2）还包括：按照1:1~5的质量比选取直径大小为5~20μm、0.2~1μm的两种Al₂O₃粉体配置成所述填料，将所述填料与所述氧化石墨烯浆液按照35~50:1的质量比混合研磨均匀。

6.根据权利要求4所述的一种石墨烯发电器件的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述弱还原处理是通过控制还原温度实现，所述还原温度为200~400℃。

7.根据权利要求4所述的一种石墨烯发电器件的制备方法，其特征在于：步骤（5）中所喷涂的金属为金、银、铂中的任一种。

8.一种如权利要求1~3任一项所述的石墨烯发电器件的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

使用外电路将导热膜和导电层连接形成回路，将所述石墨烯发电器件的功能层与水溶液接触，所述导热膜与热源接触，完成发电。