本发明涉及水诱导发电，尤其是涉及一种木基水蒸发驱动发电机及其制备方法和应用。
背景技术：
1、随着全球水资源短缺问题的加剧，如何有效利用海水进行淡化成为关键。然而，传统的海水淡化方式依赖化石燃料，容易导致环境污染。目前，各国正在积极探索利用太阳能、风能等绿色能源进行海水淡化。在各种可再生能源中，太阳能因潜力巨大而备受关注，通过太阳能实现海水淡化联合发电成为一种趋势。
2、太阳能海水淡化技术在很大程度上依赖于太阳能吸收器，其设计需要增强对太阳光的吸收并将转换的能量集中在蒸发表面的水中。光热材料是界面太阳能蒸汽发生系统的关键元件，通过将太阳能转化为热量来提高界面处的蒸发效率。当前的光热转换材料主要包括等离子体材料、碳基材料、有机聚合物、半导体材料及其组合。光热转换机制涉及等离子体局部加热、半导体中的非辐射弛豫和分子的热振动。
3、在太阳能驱动的海水淡化技术中，如何在水蒸发的同时获得电能成为重要的研究方向。基于压电、摩擦电、热电和离子流的纳米技术可以收集小规模的绿色能源用于发电。纳米发电机通过外部机械应变、物理运动以及温度或离子浓度的差异来发电。水力发电作为一种新兴技术，通过功能纳米材料与雨滴、水波、水蒸发和环境湿度的相互作用，将水的离子流动转化为电能。
4、水蒸发感应发电机(water-induced electric generator，weg)利用动电效应将水中含有的能量转化为电能。当水流过带有表面电荷的材料的狭窄通道时，水中的离子选择性地通过通道，产生流动电压和电流。目前，碳基材料、金属氧化物、聚合物等材料已被用于制造weg。然而，weg在实际应用中仍面临输出功率低、成本高、难以大规模制造等问题。
5、为提高输出功率，研究人员采用了改变材料内部离子浓度分布、增加材料的带电官能团数量和使用光热增强材料等方式。miao wu等人通过氧化石墨烯和碳纳米管的混合制备出rgo/cnt薄膜，实现高达0.53w/m2的连续功率输出，但由于材料制备工艺复杂，难以大规模应用。
6、因此，如何通过高效而简单的制备方式实现大面积、低成本的weg制备并在室外条件下稳定运行，成为当前研究的重点。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种木基水蒸发驱动发电机及其制备方法和应用，该木基水蒸发驱动发电机具有优异的发电性能。
2、本发明提供一种木基水蒸发驱动发电机的制备方法，包括如下步骤：
3、s1：对木质材料进行脱木质素处理，得到脱木质素木材；
4、s2：采用飞秒激光在脱木质素木材表面加工形成微纳结构，得到表面碳化的脱木质素木材；
5、s3：将表面碳化的脱木质素木材与铜网电极组装并连接导线，经封装，得到木基水蒸发驱动发电机。
6、具体地，步骤s1中，木质材料可以采用泡桐木。
7、脱木质素处理包括采用naoh和na2so3的混合溶液对木质材料进行第一次浸泡；混合溶液中naoh的浓度为0.08-0.09g/ml，na2so3的浓度为0.03-0.05g/ml。此外，第一次浸泡时将混合溶液超声4-5min，让其快速溶解，在常温下磁力搅拌5-10min使其充分混合，浸泡温度为90-100℃，时间为7-9h。
8、进一步地，脱木质素处理还包括采用h2o2溶液对木质材料进行第二次浸泡，h2o2溶液的质量含量为30％；第二次浸泡时的时间为3-4h。
9、进一步地，对第二次浸泡后的木质材料进超声清洗和真空冻干；其中，超声清洗时间为5-10min，真空冻干时间为5-7h。
10、研究表明：采用上述方式对木质材料进行处理，能够使木质材料的木质素含量显著降低，水份运输能力明显增强，从而有利于水的快速蒸发。脱木质素处理得到的脱木质素木材表现出显著的超亲水性，能够更快速地吸收水份；同时，脱木质素处理能够降低木质材料的密度，使木质材料更加轻便。较低的密度使得木质材料内部的毛细管更加开放，具有更多的水通道，增强了水份的吸收与扩散能力，改善了木质材料的渗透性，从而实现了水份的快速输送，加快了水份的蒸发速度，为高效的海水淡化提供了坚实基础。
11、步骤s2中，飞秒激光的加工参数包括：加工功率为150-160mw，扫描速度为0.8-1.2mm/s，扫描间距为0.3-0.5mm。
12、进一步地，采用飞秒激光在脱木质素木材表面加工形成的微纳结构由多个间隔设置的沟槽构成，沟槽的截面形状为波浪形，沟槽的深度为0.2-0.4mm，沟槽的总面积为3-5cm2。
13、研究表明：相比于传统的碳化结构，上述飞秒激光加工能够高效生成碳化的微纳结构，并且精确控制碳化的深度和面积，有利于实现更加均匀的表面处理；同时，由于飞秒激光加工热影响区域较小，保持了木质材料的整体结构和性能。经过飞秒激光处理后的木质材料具有表面碳化的微纳结构，同时保留了木质材料原有的多孔结构，处理后的碳化脱木质素木材表面吸光率显著增强，能够更高效地吸收光能。上述改进在光热转换过程中能够起到关键作用，进一步提升了能量转换效率。
14、本发明还提供一种木基水蒸发驱动发电机，按照上述制备方法制得。
15、具体地，本发明的木基水蒸发驱动发电机包括脱木质素木材，在脱木质素木材的上表面设有激光诱导碳化层，在脱木质素木材的激光诱导碳化层和下表面分别设有铜网，铜网与导线连接。
16、通过上述制备方法制得的木基水蒸发驱动发电机展现出优异的发电性能；在水蒸发过程中，材料的上下表面之间形成明显的离子梯度，从而产生显著的开路电压和短路电流，进而表现出良好的电能输出能力。此外，该木基水蒸发驱动发电机具有采用环保材料制造、对环境友好、设计紧凑、体积小巧、重量轻盈、成本极低、适合多种应用场景等优势，在实际应用中具备极大的灵活性和可操作性。
17、本发明还提供上述木基水蒸发驱动发电机在海水淡化和/或水力发电中的应用。
18、本发明的木基水蒸发驱动发电机具备海水淡化协同自发电的功能。在利用太阳能或其它光源的同时，该木基水蒸发驱动发电机能够高效地进行海水淡化处理，提供清洁的淡水资源；同时，该木基水蒸发驱动发电机的输出功率密度高，当多个木基水蒸发驱动发电机串联时，可以在户外占据较小的空间，实现对用电设备的供电。上述多功能性使得该木基水蒸发驱动发电机在远程无人区域、海岛、沿海地区及其它需要兼顾电力供应和淡水资源的场景中展现出广泛的应用前景。
19、本发明的实施，至少具有以下优势：
20、1)提高木质材料的水份运输能力
21、本发明通过脱木质素处理调节木质材料中的木质素和纤维素含量，获得疏松多孔的木质结构，该改性结构能够显著提升木质材料的渗透性和水份传输效率，使其在多种应用中具备更高的功能性。
22、2)表面微纳结构的诱导
23、本发明利用激光直写技术在脱木质素木材表面快速诱导出多孔碳化微纳结构，显著增强其表面的吸收率，该微纳结构不仅提升了木质材料的光吸收性能，同时保留了其原有的多孔特性，从而进一步促进了光热转换效率，提高了材料的整体性能。
24、3)电极设计与连接
25、本发明将表面碳化脱木质素木材与铜网电极组装并连接导线，保证了材料的蒸发和发电效果；通过合理利用表面碳化脱木质素木材的优良吸水性和光热转换特性，在水蒸发过程中生成电能，实现了高效的能量利用。
26、4)多功能微纳结构的设计与应用
27、本发明的木基水蒸发驱动发电机不仅适用于海水淡化，还在自发电测试中表现出优异的性能；在海水淡化过程中，该木基水蒸发驱动发电机能够加速水份蒸发，提高淡水产量；在自发电应用中，该木基水蒸发驱动发电机能够通过形成离子梯度，生成可观的开路电压和短路电流，从而展现出良好的电能输出能力。
1.一种木基水蒸发驱动发电机的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，木质材料为泡桐木。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，脱木质素处理包括采用naoh和na2so3的混合溶液对木质材料进行第一次浸泡；混合溶液中naoh的浓度为0.08-0.09g/ml，na2so3的浓度为0.03-0.05g/ml。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，第一次浸泡时将混合溶液超声4-5min，让其快速溶解，在常温下磁力搅拌5-10min使其充分混合，浸泡温度为90-100℃，时间为7-9h。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，脱木质素处理还包括采用h2o2溶液对木质材料进行第二次浸泡，h2o2溶液的质量含量为30％。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，第二次浸泡时的时间为3-4h。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，对第二次浸泡后的木质材料进超声清洗和真空冻干；其中，超声清洗时间为5-10min，真空冻干时间为5-7h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，飞秒激光的加工参数包括：加工功率为150-160mw，扫描速度为0.8-1.2mm/s，扫描间距为0.3-0.5mm。
9.一种木基水蒸发驱动发电机，其特征在于，按照权利要求1-8任一所述的制备方法制得。
10.权利要求9所述的木基水蒸发驱动发电机在海水淡化和/或水力发电中的应用。
