一种气-固界面摩擦纳米发电机及其制备方法和应用

1.本发明属于摩擦纳米发电技术领域，尤其涉及一种气-固界面摩擦纳米发电机及其制备方法和应用。


背景技术：

2.摩擦纳米发电技术于2012年由王中林院士团队率先发明，在过去的十年间，摩擦纳米发电机有了长足的发展。摩擦纳米发电机的原理是利用接触起电效应和静电感应效应的耦合，将环境中的微小机械能转换电能，是对现有能源的强有力的补充。摩擦纳米发电机的接触界面包括了：固-固界面，液-固界面、气-固界面、液-液界面等，广泛的作用界面促使摩擦纳米发电机可以应用在不同的环境中。
3.由于地球淡水资源的分布不均和严重匮乏，淡水资源的收集显得尤为重要。目前，关于淡水资源收集的研究大都基于水的蒸腾作用，利用光热转换器件将光转换为热，促进海水的蒸腾，实现海水淡化，在此过程中，由于水的蒸腾作用使水分子向上运动，存在巨大的机械能，然而该机械能却从未被利用。一旦被利用并将其转换为电能，将在很大程度上补充现有电能的不足。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种气-固界面摩擦纳米发电机及其制备方法和应用，本发明提供的摩擦纳米发电机不仅可以将水蒸腾作用中的机械能转化为电能，还可以促进水的蒸发，实现海水淡化。
5.本发明提供了一种气-固界面摩擦纳米发电机，包括依次接触的吸水层、光热层和起电层；
6.所述吸水层的成分包括水凝胶；
7.所述光热层的成分包括光热转换材料和水凝胶；
8.所述起电层的成分包括接触起电材料，所述接触起电材料与水接触和分离的过程中可产生电荷。
9.优选的，所述吸水层和光热层中的水凝胶独立地选择聚丙烯酰胺基水凝胶、聚乙烯醇基水凝胶、聚氧乙烯基水凝胶和聚丙烯酸基水凝胶中的一种或多种。
10.优选的，所述光热层中光热转换材料的含量为0.1～0.5wt％。
11.优选的，所述光热转换材料和接触起电材料均为黑色导电材料。
12.优选的，所述光热转换材料和接触起电材料独立地选择炭黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯、聚吡咯、mxene和碳纳米纤维纱中的一种或多种。
13.本发明提供了一种上述技术方案所述气-固界面摩擦纳米发电机的制备方法，包括以下步骤：
14.a)将光热转换材料、水凝胶前驱体和水混合，得到光热层前驱体分散液；将所述光热层前驱体分散液固化成型，得到光热层；
15.b)将水凝胶前驱体和水混合，得到吸水层前驱体分散液；将所述吸水层前驱体分散液在所述光热层的单侧表面固化成型，得到光热层和吸水层的复合结构；
16.c)将接触起电材料覆于所述复合结构的光热层侧，得到气-固界面摩擦纳米发电机。
17.优选的，步骤a)和步骤b)中，所述水凝胶前驱体包括单体、交联剂、催化剂和引发剂，或者包括聚合物和交联剂。
18.优选的，所述水凝胶前驱体包括丙烯酰胺、n,n
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亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
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四甲基乙二胺和过硫酸铵，或者包括聚乙烯醇和四硼酸钠。
19.本发明提供了一种发电方法，包括以下步骤：
20.将上述技术方案所述的气-固界面摩擦纳米发电机或上述技术方案所述的制备方法制得的气-固界面摩擦纳米发电机的吸水层端置于水中；在光照条件下，水由吸水层传输至光热层，并在光热层中转换为水蒸汽；随后水蒸汽由于蒸腾作用进入起电层，并与起电层中的触起电材料发生相互接触后分离，产生电荷。
21.本发明提供了一种海水淡化装置，包括上述技术方案所述的气-固界面摩擦纳米发电机或上述技术方案所述的制备方法制得的气-固界面摩擦纳米发电机。
22.与现有技术相比，本发明提供了一种气-固界面摩擦纳米发电机及其制备方法和应用。本发明提供的气-固界面摩擦纳米发电机包括依次接触的吸水层、光热层和起电层；所述吸水层的成分包括水凝胶；所述光热层的成分包括光热转换材料和水凝胶；所述起电层的成分包括接触起电材料，所述接触起电材料与水接触和分离的过程中可产生电荷。在本发明中，所述吸水层具备良好的吸水能力，所述光热层具备吸水和促进水蒸发的作用，所述起电层可以将水蒸发向上运动的微小机械能转化为电能。本发明提供的气-固界面摩擦纳米发电机不仅可以将水蒸腾作用中的机械能转化为电能，还可以促进水的蒸发，实现海水淡化，在构建水电多重能源收集系统中具有良好的应用前景。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其它的附图。
24.图1为本发明提供的气-固界面摩擦纳米发电机的结构示意图；
25.图2为本发明提供的不同光热层厚度的气-固界面摩擦纳米发电机的水汽蒸发速率对比图；
26.图3为本发明提供的不同起电层厚度的气-固界面摩擦纳米发电机的水汽蒸发速率对比图；
27.图4为本发明提供的不同光热层厚度的气-固界面摩擦纳米发电机的摩擦发电电压对比图；
28.图5为本发明提供的不同起电层厚度的气-固界面摩擦纳米发电机的摩擦发电电压对比图。
具体实施方式
29.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.本发明提供了一种气-固界面摩擦纳米发电机，包括依次接触的吸水层、光热层和起电层；
31.所述吸水层的成分包括水凝胶；
32.所述光热层的成分包括光热转换材料和水凝胶；
33.所述起电层的成分包括接触起电材料，所述接触起电材料与水接触和分离的过程中可产生电荷。
34.在本发明提供的气-固界面摩擦纳米发电机中，吸水层中，所述水凝胶包括但不限于聚丙烯酰胺基水凝胶、聚乙烯醇基水凝胶、聚氧乙烯基水凝胶和聚丙烯酸基水凝胶中的一种或多种。
35.在本发明提供的气-固界面摩擦纳米发电机中，所述吸水层优选由水凝胶前驱体和水混合后固化成型而成。其中，所述水凝胶前驱体优选包括单体、交联剂、催化剂和引发剂，或者包括聚合物和交联剂。在本发明提供的具体实施例中，所述水凝胶前驱体优选包括丙烯酰胺、n,n
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亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
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四甲基乙二胺和过硫酸铵，或者包括聚乙烯醇和四硼酸钠；所述丙烯酰胺、n,n
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亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
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四甲基乙二胺和过硫酸铵的摩尔比优选为99.789：(0.01～0.05)：(0.05～0.3)：(0.01～0.05)，具体可为99.789:0.028:0.152:0.031；所述聚乙烯醇和四硼酸钠的质量比优选为99.5：(0.1～1)，具体可为99.5:0.5。
36.在本发明提供的气-固界面摩擦纳米发电机中，所述吸水层的厚度优选为3～5cm，具体可为3cm、3.1cm、3.2cm、3.3cm、3.4cm、3.5cm、3.6cm、3.7cm、3.8cm、3.9cm、4cm、4.1cm、4.2cm、4.3cm、4.4cm、4.5cm、4.6cm、4.7cm、4.8cm、4.9cm或5cm。
37.在本发明提供的气-固界面摩擦纳米发电机中，光热层中，所述光热转换材料为黑色导电材料，包括但不限于炭黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯、聚吡咯、mxene和碳纳米纤维纱中的一种或多种；所述多壁碳纳米管的直径优选为30～50nm，长度优选为0.5～2μm；所述光热转换材料在光热层中的含量优选为0.1～0.5wt％，具体可为0.1wt％、0.15wt％、0.2wt％、0.217wt％、0.25wt％、0.3wt％、0.35wt％、0.4wt％、0.45wt％或0.5wt％。
38.在本发明提供的气-固界面摩擦纳米发电机中，光热层中，所述水凝胶优选包括但不限于聚丙烯酰胺基水凝胶、聚乙烯醇基水凝胶、聚氧乙烯基水凝胶和聚丙烯酸基水凝胶中的一种或多种。
39.在本发明提供的气-固界面摩擦纳米发电机中，所述光热层优选由光热转换材料、水凝胶前驱体和水混合后固化成型而成。其中，所述水凝胶前驱体的成分组成和各组分用量配比在上文中已经介绍，在此不赘述。
40.在本发明提供的气-固界面摩擦纳米发电机中，所述光热层的厚度有优选为0.3～1.5cm，具体可为0.3cm、0.4cm、0.5cm、0.6cm、0.7cm、0.8cm、0.9cm、1cm、1.1cm、1.2cm、
1.3cm、1.4cm或1.5cm。
41.在本发明提供的气-固界面摩擦纳米发电机中，起电层中，所述接触起电材料为黑色导电材料，包括但不限于炭黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯、聚吡咯、mxene和碳纳米纤维纱中的一种或多种；所述多壁碳纳米管的直径优选为30～50nm，长度优选为0.5～2μm。
42.在本发明提供的气-固界面摩擦纳米发电机中，所述起电层在光热层表面的沉积量优选为0.5～5mg/cm2，具体可为0.5mg/cm2、1mg/cm2、1.5mg/cm2、2mg/cm2、2.5mg/cm2、3mg/cm2、3.5mg/cm2、4mg/cm2、4.5mg/cm2或5mg/cm2；或者，所述起电层的厚度优选为1～10μm，具体可为1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm。
43.本发明还提供了一种上述技术方案所述的气-固界面摩擦纳米发电机的制备方法，包括以下步骤：
44.a)将光热转换材料、水凝胶前驱体和水混合，得到光热层前驱体分散液；将所述光热层前驱体分散液固化成型，得到光热层；
45.b)将水凝胶前驱体和水混合，得到吸水层前驱体分散液；将所述吸水层前驱体分散液在所述光热层的单侧表面固化成型，得到光热层和吸水层的复合结构；
46.c)将接触起电材料覆于所述复合结构的光热层侧，得到气-固界面摩擦纳米发电机。
47.在本发明提供的制备方法中，步骤a)中，所述光热转换材料的具体种类在上文中已经介绍，在此不再赘述；所述光热转换材料与水的质量比优选为(0.001～0.005)：1，具体可为0.001:1、0.0015:1、0.002:1、0.0025:1、0.003:1、0.0035:1、0.004:1、0.0045:1或0.005:1。
48.在本发明提供的制备方法中，步骤a)中，所述水凝胶前驱体的成分组成和各组分用量配比在上文中已经介绍，在此不赘述；以单体质量计的所述水凝胶前驱体与水的质量比优选为1：(1～5)，具体可为1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4、1:4.5或1:5；或者，以聚合物质量计的所述水凝胶前驱体与水的质量比优选为1：(5～20)，具体可为1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:14、1:15、1:16、1:17、1:18、1:19或1:20。
49.在本发明提供的制备方法中，步骤a)中，所述固化成型在模具中进行；所述固化成型的温度优选为40～90℃，具体可为40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃或90℃；所述固化成型的时间没有特别限制，可使原料物完全固化即可。
50.在本发明提供的制备方法中，步骤b)中，所述水凝胶前驱体的成分组成和各组分用量配比在上文中已经介绍，在此不赘述；以单体质量计的所述水凝胶前驱体与水的质量比优选为1：(1～5)，具体可为1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4、1:4.5或1:5；或者，以聚合物质量计的所述水凝胶前驱体与水的质量比优选为1：(5～20)，具体可为1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:14、1:15、1:16、1:17、1:18、1:19或1:20。
51.在本发明提供的制备方法中，步骤b)中，所述固化成型在内置有光热层的模具中进行；所述固化成型的温度优选为40～90℃，具体可为40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃或90℃；所述固化成型的时间没有特别限制，可使原料物完全固化即可。
52.本发明还提供了一种发电方法，包括以下步骤：
53.将上述技术方案所述的气-固界面摩擦纳米发电机或上述技术方案所述的制备方法制得的气-固界面摩擦纳米发电机的吸水层端置于水中；在光照条件下，水由吸水层传输至光热层，并在光热层中转换为水蒸汽；随后水蒸汽由于蒸腾作用进入起电层，并与起电层中的触起电材料发生相互接触后分离，产生电荷。
54.本发明还提供了一种海水淡化装置，包括上述技术方案所述的气-固界面摩擦纳米发电机或上述技术方案所述的制备方法制得的气-固界面摩擦纳米发电机。
55.在本发明提供的技术方案中，所述吸水层具备良好的吸水能力，所述光热层具备吸水和促进水蒸发的作用，所述起电层可以将水蒸发向上运动的微小机械能转化为电能。在本发明提供的技术方案不仅可以将水蒸腾作用中的机械能转化为电能，还可以促进水的蒸发，实现海水淡化，在构建水电多重能源收集系统中具有良好的应用前景。
56.为更清楚起见，下面通过以下实施例和对比例进行详细说明。
57.实施例1
58.s1)将多壁碳纳米管与水进行混合并使其在水中均匀分散，得到多壁碳纳米管的水分散液；
59.s2)将丙烯酰胺基水凝胶前驱体(丙烯酰胺、n,n
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亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
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四甲基乙二胺和过硫酸铵)溶解于多壁碳纳米管的水分散液中，得到多壁碳纳米管均匀分散的丙烯酰胺基水凝胶混合液，然后倒入模具中进行固化，固化温度60℃，得到光热层；
60.s3)将丙烯酰胺基水凝胶前驱体(丙烯酰胺、n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
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四甲基乙二胺和过硫酸铵)溶解于水中，得到丙烯酰胺基水凝胶分散液，然后将丙烯酰胺基水凝胶分散液倒入内置有光热层的模具中进行固化，固化温度60℃，得到光热层和吸水层的复合结构；
61.s4)将多壁碳纳米管沉积到所述复合结构的光热层侧，得到如图1所示结构的气-固界面摩擦纳米发电机。
62.在本实施例中，步骤s1)中，所述多壁碳纳米管直径为30～50nm，长度为0.5～2μm；所述多壁碳纳米管与水的质量比为0.0025:1；
63.步骤s2)和s3)中，所述丙烯酰胺、n,n
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亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
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四甲基乙二胺、过硫酸铵在水凝胶前驱体中的含量分别为99.789mol％、0.028mol％、0.152mol％、0.031mol％；所述丙烯酰胺与水的质量比为1:2；
64.步骤s2)中，所述光热层中多壁碳纳米管的质量百分比为0.217％；所述光热层的高度为0.5cm；
65.步骤s3)中，所述吸水层的高度为4cm；
66.步骤s4)中，所用多壁碳纳米管与s1)一致；所述多壁碳纳米管的沉积量为1mg/cm2。
67.实施例2
68.s1)将多壁碳纳米管与水进行混合并使其在水中均匀分散，得到多壁碳纳米管的水分散液；
69.s2)将丙烯酰胺基水凝胶前驱体(丙烯酰胺、n,n
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亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
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四甲基乙二胺和过硫酸铵)溶解于多壁碳纳米管的水分散液中，得到多壁碳纳米管均匀分散的丙烯酰胺基水凝胶混合液，然后倒入模具中进行固化，固化温度60℃，得到光热层；
70.s3)将丙烯酰胺基水凝胶前驱体(丙烯酰胺、n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
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四甲基乙二胺和过硫酸铵)溶解于水中，得到丙烯酰胺基水凝胶分散液，然后将丙烯酰胺基水凝胶分散液倒入内置有光热层的模具中进行固化，固化温度60℃，得到光热层和吸水层的复合结构；
71.s4)将多壁碳纳米管沉积到所述复合结构的光热层侧，得到如图1所示结构的气-固界面摩擦纳米发电机。
72.在本实施例中，步骤s1)中，所述多壁碳纳米管直径为30～50nm，长度为0.5～2μm；所述多壁碳纳米管与水的质量比为0.0025:1；
73.步骤s2)和s3)中，所述丙烯酰胺、n,n
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亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
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四甲基乙二胺、过硫酸铵在水凝胶前驱体中的含量分别为99.789mol％、0.028mol％、0.152mol％、0.031mol％；所述丙烯酰胺与水的质量比为1:2；
74.步骤s2)中，所述光热层中多壁碳纳米管的质量百分比为0.217％；所述光热层的高度为0.8cm；
75.步骤s3)中，所述吸水层的高度为3.7cm；
76.步骤s4)中，所用多壁碳纳米管与s1)一致；所述多壁碳纳米管的沉积量为1mg/cm2。
77.实施例3
78.s1)将多壁碳纳米管与水进行混合并使其在水中均匀分散，得到多壁碳纳米管的水分散液；
79.s2)将丙烯酰胺基水凝胶前驱体(丙烯酰胺、n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
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四甲基乙二胺和过硫酸铵)溶解于多壁碳纳米管的水分散液中，得到多壁碳纳米管均匀分散的丙烯酰胺基水凝胶混合液，然后倒入模具中进行固化，固化温度60℃，得到光热层；
80.s3)将丙烯酰胺基水凝胶前驱体(丙烯酰胺、n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
’‑
四甲基乙二胺和过硫酸铵)溶解于水中，得到丙烯酰胺基水凝胶分散液，然后将丙烯酰胺基水凝胶分散液倒入内置有光热层的模具中进行固化，固化温度60℃，得到光热层和吸水层的复合结构；
81.s4)将多壁碳纳米管沉积到所述复合结构的光热层侧，得到如图1所示结构的气-固界面摩擦纳米发电机。
82.在本实施例中，步骤s1)中，所述多壁碳纳米管直径为30-50nm,长度为0.5-2um；所述多壁碳纳米管与水的质量比为0.0025:1；
83.步骤s2)和s3)中，所述丙烯酰胺、n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
’‑
四甲基乙二胺、过硫酸铵在水凝胶前驱体中的含量分别为99.789mol％、0.028mol％、0.152mol％、0.031mol％；所述丙烯酰胺与水的质量比为1:2；
84.步骤s2)中，所述光热层中多壁碳纳米管的质量百分比为0.217％；所述光热层的高度为1cm；
85.步骤s3)中，所述吸水层的高度为3.7cm；
86.步骤s4)中，所用多壁碳纳米管与s1)一致；所述多壁碳纳米管的沉积量为1mg/cm2。
87.实施例4
88.s1)将多壁碳纳米管与水进行混合并使其在水中均匀分散，得到多壁碳纳米管的水分散液；
89.s2)将丙烯酰胺基水凝胶前驱体(丙烯酰胺、n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
’‑
四甲基乙二胺和过硫酸铵)溶解于多壁碳纳米管的水分散液中，得到多壁碳纳米管均匀分散的丙烯酰胺基水凝胶混合液，然后倒入模具中进行固化，固化温度60℃，得到光热层；
90.s3)将丙烯酰胺基水凝胶前驱体(丙烯酰胺、n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
’‑
四甲基乙二胺和过硫酸铵)溶解于水中，得到丙烯酰胺基水凝胶分散液，然后将丙烯酰胺基水凝胶分散液倒入内置有光热层的模具中进行固化，固化温度60℃，得到光热层和吸水层的复合结构；
91.s4)将多壁碳纳米管沉积到所述复合结构的光热层侧，得到如图1所示结构的气-固界面摩擦纳米发电机。
92.在本实施例中，步骤s1)中，所述多壁碳纳米管直径为30～50nm，长度为0.5～2μm；所述多壁碳纳米管与水的质量比为0.0025:1；
93.步骤s2)和s3)中，所述丙烯酰胺、n,n
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亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
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四甲基乙二胺、过硫酸铵在水凝胶前驱体中的含量分别为99.789mol％、0.028mol％、0.152mol％、0.031mol％；所述丙烯酰胺与水的质量比为1:2。
94.步骤s2)中，所述光热层中多壁碳纳米管的质量百分比为0.217％；所述光热层的高度为1.2cm；
95.步骤s3)中，所述吸水层的高度为3.3cm；
96.步骤s4)中，所用多壁碳纳米管与s1)一致；所述多壁碳纳米管的沉积量为1mg/cm2。
97.实施例5
98.s1)将多壁碳纳米管与水进行混合并使其在水中均匀分散，得到多壁碳纳米管水分散液；
99.s2)将丙烯酰胺基水凝胶前驱体(丙烯酰胺、n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
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四甲基乙二胺和过硫酸铵)溶解于多壁碳纳米管的水分散液中，得到多壁碳纳米管均匀分散的丙烯酰胺基水凝胶混合液，然后倒入模具中进行固化，固化温度60℃，得到光热层；
100.s3)将丙烯酰胺基水凝胶前驱体(丙烯酰胺、n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
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四甲基乙二胺和过硫酸铵)溶解于水中，得到丙烯酰胺基水凝胶分散液，然后将丙烯酰胺基水凝胶分散液倒入内置有光热层的模具中进行固化，固化温度60℃，得到光热层和吸水层的复合结构；
101.s4)将多壁碳纳米管沉积到所述复合结构的光热层侧，得到如图1所示结构的气-固界面摩擦纳米发电机。
102.在本实施例中，步骤s1)中，所述多壁碳纳米管直径为30-50nm,长度为0.5-2um；所述多壁碳纳米管与水的质量比为0.0025:1；
103.步骤s2)和s3)中，所述丙烯酰胺、n,n
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亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
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四甲基乙二胺、过硫酸铵在水凝胶前驱体中的含量分别为99.789mol％、0.028mol％、0.152mol％、0.031mol％；所述丙烯酰胺与水的质量比为1:2；
104.步骤s2)中，所述光热层中多壁碳纳米管的质量百分比为0.217％；所述光热层的
高度为1.5cm；
105.步骤s3)中，所述吸水层的高度为3.7cm；
106.步骤s4)中，所用多壁碳纳米管与s1)一致；所述多壁碳纳米管的沉积量为1mg/cm2。
107.实施例6
108.s1)将多壁碳纳米管与水进行混合并使其在水中均匀分散，得到多壁碳纳米管的水分散液；
109.s2)将丙烯酰胺基水凝胶前驱体(丙烯酰胺、n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
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四甲基乙二胺和过硫酸铵)溶解于多壁碳纳米管的水分散液中，得到多壁碳纳米管均匀分散的丙烯酰胺基水凝胶混合液，然后倒入模具中进行固化，固化温度60℃，得到光热层；
110.s3)将丙烯酰胺基水凝胶前驱体(丙烯酰胺、n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
’‑
四甲基乙二胺和过硫酸铵)溶解于水中，得到丙烯酰胺基水凝胶分散液，然后将丙烯酰胺基水凝胶分散液倒入内置有光热层的模具中进行固化，固化温度60℃，得到光热层和吸水层的复合结构；
111.s4)将多壁碳纳米管沉积到所述复合结构的光热层侧，得到如图1所示结构的气-固界面摩擦纳米发电机。
112.在本实施例中，步骤s1)中，所述多壁碳纳米管直径为30～50nm，长度为0.5～2μm；所述多壁碳纳米管与水的质量比为0.0025:1；
113.步骤s2)和s3)中，所述丙烯酰胺、n,n
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亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
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四甲基乙二胺、过硫酸铵在水凝胶前驱体中的含量分别为99.789mol％、0.028mol％、0.152mol％、0.031mol％；所述丙烯酰胺与水的质量比为1:2；
114.步骤s2)中，所述光热层中多壁碳纳米管的质量百分比为0.217％；所述光热层的高度为0.8cm；
115.步骤s3)中，所述吸水层的高度为3.7cm；
116.步骤s4)中，所用多壁碳纳米管与s1)一致；所述多壁碳纳米管的沉积量为2mg/cm2。
117.实施例7
118.s1)将多壁碳纳米管与水进行混合并使其在水中均匀分散，得到多壁碳纳米管的水分散液；
119.s2)将丙烯酰胺基水凝胶前驱体(丙烯酰胺、n,n
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亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
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四甲基乙二胺、过硫酸铵)溶解于多壁碳纳米管的水分散液中，得到多壁碳纳米管均匀分散的丙烯酰胺基水凝胶混合液，然后倒入模具中进行固化，固化温度60℃，得到光热层；
120.s3)将丙烯酰胺基水凝胶前驱体(丙烯酰胺、n,n
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亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
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四甲基乙二胺和过硫酸铵)溶解于的水中，得到丙烯酰胺基水凝胶分散液，然后将丙烯酰胺基水凝胶分散液倒入内置有光热层的模具中进行固化，固化温度60℃，得到光热层和吸水层的复合结构；
121.s4)将多壁碳纳米管沉积到所述复合结构的光热层侧，得到如图1所示结构的气-固界面摩擦纳米发电机。
122.在本实施例中，步骤s1)中，所述多壁碳纳米管直径为30～50nm，长度为0.5～2μm；
所述多壁碳纳米管与水的质量比为0.0025:1；
123.步骤s2)和s3)中，所述丙烯酰胺、n,n
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亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
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四甲基乙二胺、过硫酸铵在水凝胶前驱体中的含量分别为99.789mol％、0.028mol％、0.152mol％、0.031mol％；所述丙烯酰胺与水的质量比为1:2；
124.步骤s2)中，所述光热层中多壁碳纳米管的质量百分比为0.217％；所述光热层的高度为0.8cm；
125.步骤s3)中，所述吸水层的高度为3.7cm；
126.步骤s4)中，所用多壁碳纳米管与s1)一致；所述多壁碳纳米管的沉积量为3mg/cm2。
127.实施例8
128.s1)将多壁碳纳米管与水进行混合并使其在水中均匀分散，得到多壁碳纳米管水分散液；
129.s2)将丙烯酰胺基水凝胶前驱体(丙烯酰胺、n,n
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亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
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四甲基乙二胺和过硫酸铵)溶解于多壁碳纳米管的水分散液中，得到多壁碳纳米管均匀分散的丙烯酰胺基水凝胶混合液，然后倒入模具中进行固化，固化温度60℃，得到光热层；
130.s3)将丙烯酰胺基水凝胶前驱体(丙烯酰胺、n,n
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亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
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四甲基乙二胺和过硫酸铵)溶解于水中，得到丙烯酰胺基水凝胶分散液，然后将丙烯酰胺基水凝胶分散液倒入内置有光热层的模具中进行固化，固化温度60℃，得到光热层和吸水层的复合结构；
131.s4)将碳纳米管纤维纱裁成与复合结构相同的面积，平铺覆于所述复合结构的光热层侧充当起电层，碳纳米管纤维纱与复合结构紧密贴合紧密，得到如图1所示结构的气-固界面摩擦纳米发电机。
132.在本实施例中，步骤s1)中，所述多壁碳纳米管直径为30～50nm，长度为0.5～2μm；所述多壁碳纳米管与水的质量比为0.0025:1；
133.步骤s2)和s3)中，所述丙烯酰胺、n,n
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亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
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四甲基乙二胺、过硫酸铵在水凝胶前驱体中的含量分别为99.789mol％、0.028mol％、0.152mol％、0.031mol％；所述丙烯酰胺与水的质量比为1:2；
134.步骤s2)中，所述光热层中多壁碳纳米管的质量百分比为0.217％；所述光热层的高度为0.8cm；
135.步骤s3)中，所述吸水层的高度为3.7cm；
136.步骤s4)中，所述碳纳米管纤维纱厂家：深圳烯湾科技有限公司，批号：2021-ym-4；所述碳纳米管纤维纱的覆盖厚度为5μm。
137.对比例1
138.s1)将多壁碳纳米管与水进行混合并使其在水中均匀分散，得到多壁碳纳米管水分散液；
139.s2)将丙烯酰胺基水凝胶前驱体(丙烯酰胺、n,n
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亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
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四甲基乙二胺和过硫酸铵)溶解于多壁碳纳米管水分散液中，得到多壁碳纳米管均匀分散的丙烯酰胺基水凝胶混合液，然后倒入模具中进行固化，固化温度60℃，得到光热层；
140.s3)将丙烯酰胺基水凝胶前驱体(丙烯酰胺、n,n
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亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
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四甲基乙二胺和过硫酸铵)溶解于水中，得到丙烯酰胺基水凝胶分散液，然后将丙烯酰胺基水凝胶分散液倒入内置有光热层的模具中进行固化，固化温度60℃，得到光热层和吸水层的复合结构；
141.在本对比例中，步骤s1)中，所述多壁碳纳米管直径为30～50nm，长度为0.5～2μm；所述多壁碳纳米管与水的质量比为0.0025:1；
142.步骤s2)和s3)中，所述丙烯酰胺、n,n
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亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
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四甲基乙二胺、过硫酸铵在水凝胶前驱体中的含量分别为99.789mol％、0.028mol％、0.152mol％、0.031mol％；所述丙烯酰胺与水的质量比为1:2；
143.步骤s2)中，所述光热层中多壁碳纳米管的质量百分比为0.217％；所述光热层的高度为0.8cm。
144.步骤s3)中，所述吸水层的高度为3.3cm。
145.对比例2
146.s1)将丙烯酰胺基水凝胶前驱体(丙烯酰胺、n,n
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亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
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四甲基乙二胺和过硫酸铵)溶解于水中，得到丙烯酰胺基水凝胶混合液，然后倒入模具中进行固化，固化温度60℃，得到丙烯酰胺基水凝胶；
147.s2)将多壁碳纳米管沉积到丙烯酰胺基水凝胶上表面。
148.在本对比例中，步骤s2)中，所述多壁碳纳米管直径为30～50nm，长度为0.5～2μm；所述多壁碳纳米管与水的质量比为0.0025:1；
149.步骤s1)中，所述丙烯酰胺、n,n
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亚甲基双丙烯酰胺、n,n,n’n
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四甲基乙二胺、过硫酸铵在水凝胶前驱体中的含量分别为99.789mol％、0.028mol％、0.152mol％、0.031mol％；所述丙烯酰胺与水的质量比为1:2；
150.步骤s2)中，所述丙烯酰胺基水凝胶高度为4.5cm；
151.步骤s3)中，所述多壁碳纳米管沉积量1mg/cm2。
152.性能测试
153.对实施例1～8和对比例1～2制得的制品进行测试，具体包括：利用氙灯对蒸发速率进行测量分析，利用过静电计keithley 6514对开路电压进行测量分析。
154.测量分析结果如图2～图4所示；其中，图2为调节光热层厚度对水汽蒸发速率的影响，图3为调节起电层厚度对水汽蒸发速率的影响，图4为调节光热层厚度对摩擦发电电压的影响，图5为调节起电层厚度对摩擦发电电压的影响。图2和图4中，cnt-0cm对应对比例2，cnt-0.5cm对应实施例1、cnt-0.8cm对应实施例2、cnt-1.0cm对应实施例3、cnt-1.2cm对应实施例4、cnt-1.5cm对应实施例5；图3和图5中，cnt-0mg/cm2对应对比例1，cnt-1mg/cm2对应实施例2、cnt-2mg/cm2对应实施例6、cnt-3mg/cm2对应实施例7、cnt-5μm对应实施例8。
155.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。