专利名称：环境能量转化装置的制作方法
技术领域：
环境能量转化装置技术领域[0001]本实用新型涉及新原理的环境能量转化设备。
背景技术：
[0002]能量转化和存储技术包括太阳能、热、振动、化学和风能等转化为电能。在这些众多的能量转化技术中，锂电池、超级电容器、太阳能电池、燃料电池和氧化锌纳米发电机受到了最广泛的关注。然而锂电池、超级电容器要使用充电才能使用，而且为了增大能量密度，需要大的体积和重量。太阳能电池需要有光照的情况才能使用，燃料电池要消耗燃料而且对环境造成很大的危害，氧化锌纳米发电机产生了不连续的电输出，需要使用电容来存储其产生的电，而且也消耗机械能。然而，有另一种能量形式，分子、原子、离子、粒子热运动的能量，比如气体分子的热运动速度高达1000 m/s，在水溶液中室温下离子热运动的能量高达300 m/s,由于这一运动是杂乱无章的，到目前为止仍未见将该热运动的能量转化为电能的报道。[0003]众所周知，固体表界面有许多丰富的物理、化学、生物和机械性质。不管是体材还是纳米级的薄膜，均有暴露于环境的表面，会产生环境诱导表面效应，产生新奇的物理和机电光热效应。尤其，当半导体薄膜的厚度小到纳米厚度时，表界面的成分占薄膜总体的比例显著增大，以表界面的性质占优势，比如纳米尺度物质的催化性能显著增强，在药物合成中，酶催化活性能通过加入纳米离子而显著增强。另一方面，我们发现，当使用半导体制作的器件放置于电解质溶液中时，该系统会自发产生电。当半导体薄膜的厚度降低到纳米厚度，小于100纳米的维度上，将真空或溶液法处理的半导体薄膜制备于玻璃、陶瓷、塑料、橡胶等衬底上后，对薄膜两端利用不对称电极调控，将做好的器件放置于电解质盐溶液中后， 器件能自发产生持久的电输出。这一发现，是利用了环境热发电的半导体自充电器件，而非化学反应类装置，为绿色能源科学技术领域开拓的一个前瞻的研究方向。 发明内容[0004]本实用新型的目的在于提供一种将环境热能转化为电能的半导体装置。[0005]本实用新型所提供的技术方案为[0006]环境能量转化装置,包括能量转化单元。能量转化单元包括正极、负极、中间体和中介媒质。中间体由半导体制成，夹在正极和负极之间，两边分别和正极、负极相连接触。 正极和负极具有不对称性。[0007]中间体的半导体材料可以是掺杂型石墨烯或掺杂型金刚石薄膜、或常规无机半导体、或有机半导体。常规无机半导体包括IIIA-VA族、I1-VI族、IVA-VIA族及过渡金属或稀土类金属的硫属化合物、氮化物、磷化物、砷化物，例如，娃、锗、砷化镓、氮化镓、氧化锌、硫化锌、氧化钛、氧化铜或硫化铜。有机半导体，例如P3HT (聚3已基噻吩)和PEDOT(3，4-乙撑二氧噻吩)。中间体可以是体材或薄膜。体材是具有三维宏观结构的材料。薄膜是一种二维材料，厚度方向为微米及纳米量级。薄膜状的中间体也可以通过粘贴、镀膜的方式固定在基底衬板上，基底衬板是由绝缘材料制成的体材或薄膜。[0008]正极和负极具有不对称性包括二种情形[0009]第一种情形是正极和负极由具有不同功函数的材料制成。正极的功函数WP、负极的功函数WN、中间体的功函数WX满足以下条件WP > WX彡WN。其中，正极、负极和中间体的功函数是指正极、负极和中间体材质的功函数。其中，作为正极的高功函数的材料可以是钮、金、碳、钼、砸、钻、被、娃、石墨等或无机/有机导电固体，或者含有如述材料的两种、多种混合物的导电材料。作为负极的低功函数的材料可以是银、铝、铯、铜、锂、铅、锡、铬、钥、 钨、镍、钛、镉、钙、铁、镁、汞、铌、钾、钠、铀、锌等或无机/有机导电固体，或者含有前述材料的两种、多种混合物的导电材料。[0010]第二种情形是正极和负极采用具有不同链长或不同结构的表面分子对其进行表面修饰。其中，修饰分子为PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)、PVA (聚醋酸乙烯酯)或巯基硫醇类有机分子等。表面分子的表面修饰是指将分子组装于电极表面，可以通过浸入溶液自组装、 滴涂、旋涂或真空镀膜法实现。不同链长或不同结构的表面分子是指具有相同烷、醇、醚、芳香环等结构但是不同数目的链状结构构成的分子，或者指不同烷、醇、醚、芳香环等结构构成但是链长相同即主链上碳原子数目相同的分子。包括只有正极做了表面修饰，或者只有负极做了表面修饰的情形。[0011]第三种情形是正极和负极具有不同的几何结构。正极和负极在中间体两端、四周或叉指、手指等复杂结构构建，使其满足条件正极具有与中间体的接触面积小于负极与中间体的接触面积。正极和负极具有不对称性的上述三种情形可以结合使用。比如正极和负极由具有不同功函数的材料制成，同时，在正极和负极采用具有不同链长或不同结构的表面分子对其进行表面修饰；或者，正极和负极由具有不同功函数的材料制成，同时，正极和负极具有不同的几何结构；或者，正极和负极由具有不同功函数的材料制成，同时，在正极和负极采用具有不同链长或不同结构的表面分子对其进行表面修饰，并且，正极和负极具有不同的几何结构；或者，在正极和负极采用具有不同链长或不同结构的表面分子对其进行表面修饰，并且，正极和负极具有不同的几何结构。正极和负极之间的距离为O. 001厘米至10 厘米。正极和负极之间的中间体形成一个接触面。[0013]能量转化单元的中间体需要放置在一定中介媒质中才能使用，所述的中间媒介可以是气体、液体、凝胶或等离子体。所述的气体可以是原子气体或分子气体，也可以是纯净气体或混合气体。所谓纯净气体是指气体只包含某一元素或者只包含某一化合物，比如纯净的氮气，纯净的氦气，纯净的二氧化碳气体。混合气体比如空气。所述的液体可以是纯净液体或混合液体。纯净液体可以是液态化合物或液态金属。混合液体可以是电解质溶液和非电解质溶液。电解质溶液可以是有机电解质溶液或无机电解质溶液。无机电解质溶液为碱金属类、过渡金属类、稀土类或其他金属类铝、铟、镓、锡、铊、铅、铋等的氯盐、溴盐、碘盐、 氟盐、硝酸盐、硫酸盐、柠檬酸盐、磷酸盐等的水溶液。所述的凝胶可以是导电凝胶。[0014]中介媒质不能和正极负极接触，因而需要隔离装置将中介媒质和正极负极相隔离。隔离装置可以分成两种情形一种是将正极负极通过绝缘材料包裹，整个能量转化单元放置在中介媒质中，由于正极负极被密封，无法和中介媒质接触，而正极和负极之间的中间体可以通过中间体的接触面和中介媒质相接触。这种情形是将本实用新型应用于传感器或温度、离子浓度、流速检测装置时，可以采用的方案。因为检测温度、离子浓度、流速时，需要将中间体直接放入被检测的气体或液体中，并与被测的气体和液体相接触。另一种情形是采用密封腔，通过绝缘材料在能量转化单元上制成密封腔，密封腔将中介媒质和中间体密封，中介媒质只在密封腔内，无法与正极和负极接触；而密封腔内中间体通过正极和负极之间的中间体接触面和中介媒体相接触。[0015]每个能量转化单元可以包括多个中间体，多个中间体共用正极和负极，从而在正极和负极之间形成并联关系。这种情形在效果上等同于多个能量转化单元之间的并联。[0016]环境能量转化装置可以包含多个能量转化单元。各个能量转化单元之间采用并联或串联的方式相互连接。所谓并联是指，不同能量转化单元之间的正极和正极用导线连接。 所谓的串联是指，能量转化单元的正极和其他能量转化单元的负极用导线连接。能量转化单元之间的串联和并联可以结合使用。即，多个能量转化单元并联后形成并联模块，多个并联模块再串联，或者多个并联模块串联后形成的多个串联模块之间并联。[0017]如前所述，能量转化单元可以包括密封腔和中介媒质。密封腔由绝缘材料制成。中介媒质和中间体密封在密封腔内。这种情形是本实用新型应用于发电、电源或制冷装置时可以采用的方案。因为本实用新型应用于发电、电源或制冷时，为提高效率，中介媒质最好是带有大量游离离子的材质，这类材质也因为大量离子的存在而具有导电性能。所谓游离离子是指可以自由移动的带正电或负电的原子或分子。例如，电解质溶液、导电凝胶、液态金属或等离子体都是属于包含有大量游离离子的材质。从实用性和经济性的角度考虑，电解质溶液和导电凝胶是本实用新型作为发电、电源或制冷装置时的中介媒质的优选方案。 因为等离子体需要高昂的成本，而常规的液态金属只有汞。[0018]环境能量转化装置可以包括正极和负极。在只有单个能量转化单元的情形下，能量转化单元的正极和负 极可以直接是环境能量转化装置的正极和负极。在包含多个能量转化单元的情形下，多个能量转化单元经串联及并联后总的正极和负极可以作为环境能量转化装置的正极和负极。环境能量转化装置的正极和负极分别连接有电极引线。环境能量转化装置的正极和负极通过电极引线引出后在中间加上负载后，环境能量转化装置会有持续不断的电流输出。[0019]本实用新型的原理是通过中间体的半导体通过正极和负极之间的中间体接触面和中介媒质相互接触，并发生的表面效应，在不对称电极的引导下，持续不断的输出电流。 因而本实用新型是中间体、中介媒质和不对称电极共同作用的结果，不同的中间体材质、不同中介媒质以及不同的电极不对称性具有不同的效果。具体的情形参见实施例的测试数据。[0020]本实用新型不同于化学电池，不涉及化学反应，不需要充电消耗电能，也不涉及材料结构和性能的改变，直接将环境热能转化成电能。因而可以应用于发电或作为电源提供电能使用。同时，由于热能被转化成电能，从而产生吸热制冷的效果。制冷效果数据参见实施例。因而可以应用于制冷，可以作为制冷装置，实现对空间或管件的制冷。也由此可见， 本实用新型同时具有发电和制冷的技术效果。[0021]此外，本实用新型正极和负极之间的开路电压输出和中介媒质的温度、离子浓度、 中介媒质的流速有很大关系。因而还可以应用于检测温度、离子浓度或流速，并制作相应的温度检测装置或者温度传感器、离子浓度或溶液浓度检测装置或离子浓度或溶液浓度传感器、流速或风速检测装置或流速风速传感器。[0022]本实用新型对中介媒质的温度非常敏感，在离子浓度固定、中介媒质相对静止的情形下，中介媒质直接作用于中间体，正极和负极之间的开路电压与中介媒质的温度成比例关系，中介媒质的温度越高，其开路电压也越高。根据这一原理，只要将能量转化单元的中间体放入被测中介媒质中，通过检测正极和负极之间的开路电压，并对照之前获得的正极和负极之间开路电压与中介媒质温度的关系，获得中介媒质的温度。这种温度测试方法获得的温度是中介媒质的即时温度，但这种温度检测方法受中介媒质本身的离子浓度和运动状态的影响。还有一种方式是将特定的中介媒质和中间体密封，然后将该装置放入指定的被测环境中。这种测试方法由于中介媒质离子浓度固定、运动状态固定，温度与正极和负极之间的开路电压关系也固定，测试得到的结果比较精确，但这种测试方法需要将等待密封中的中介媒质的温度和被测环境温度相同才能得到结果，因而无法获得即时温度，温度检测结果存在延时。[0023]本实用新型在一定的温度下，一定的电解质溶液作为中介媒质，电解质溶液直接作用于中间体，正极和负极之间的开路电压与离子浓度成一定的比例关系。离子浓度越高， 其开路电压也越高。根据这一原理，将能量转化单元的中间体放置在被测溶液中，检测正极和负极之间的开路电压，并对照之前获得的开路电压与离子浓度或溶液浓度之间的比例关系，可以得到被测溶液的离子浓度或溶液浓度。这种方法也可以用来测试溶液的离子密度或导电凝胶的离子密度。[0024]本实用新型的电能输出与中介媒质的运动速度相关，在一定温度和离子浓度下， 中介媒质作用于中间体，正极和负极之间的开路电压与中介媒质和中间体的相对运动速度成一定的比例关系。中介媒质的运动速度越大，其开路电压也越高。根据这一原理，将能量转化单元的中间体放置在液体中，检测正极和负极之间的开路电压，并对照之前获得的开路电压与液体流速之间的关系，可以得到液体的流速。这种方法也可以用来测试风速。同时，中介媒质的匀度速度越大，电能输出越多，因而可以直接将中介媒质的流动机械能转化成电能。比如可以风能，海洋潮汐能，海洋洋流能转化成电能输出。[0025]本实用新型作为一种新型能源设备或制冷设备应用时，本实用新型具有广泛的用途，可广泛应用于民用、 军用的发电和制冷，提供持续的能源。本实用新型属于绿色环保设备，是一种革命性的能源设备。地球有一千亿立方米的海水，假如以这些海水为热源媒介， 这将为人类提供了无穷的能源。各种潜在的应用罗列如下[0026]1、建筑的制冷和为建筑提供持续能源，特别是大型建筑和楼宇以及高层建筑的制冷和提供持续能源；[0027]2、可应用于各种交通工具，如汽车、火车、轮船、潜艇以及航空航天，为这些交通工具提供持续的动力能源；[0028]3、可应用于各种家用电器、电脑、便携式电子设备或其他民用电器中，为这些电器、电子设备提供能源和制冷；[0029]4、可应用于身体辅助设备，如为心脏起搏器提供能源支持。
[0030]图1和2为本实用新型实施例1的结构示意图。图中，I为中间体；2为正极；3为负极；4为正极引线；5为负极引线；6为基底；7为正极封装；8为负极封装。其中，图1为正极和负极未封装时的结构示意图，图2为正极和负极封装后的结构示意图。[0031]图3为本实用新型实施例2正极和负极未封装时的结构示意图。图中，I为中间体；2为正极；3为负极；4为正极引线；5为负极引线。[0032]图4为本实用新型实施例3正极和负极未封装时的结构示意图。图中，I为中间体；2为正极；3为负极；4为正极引线；5为负极引线。[0033]图5为本实用新型实施例4正极和负极未封装时的结构示意图。图中，I为中间体；2为正极；3为负极；4为正极引线；5为负极引线。[0034]图6为本实用新型实施例5正极和负极未封装时的结构示意图。图中，I为中间体；2为正极；3为负极。[0035]图7为本实用新型实施例6的结构示意图。图中，I为中间体；2为正极；3为负极； 10为密封腔；11为密封圈；12为密封板。图中未画出正面的密封板。[0036]图8为本实用新型实施例7的结构示意图。图中，I为中间体；2为正极；3为负极； 10为密封腔；11为密封圈；12为密封板。图中未画出正面的密封板。[0037]图9为本实用新型实施例8中16小时持续输出电流测试结果图。[0038]图10为本实用新型实施例9中输出电流与温度关系测试结果图。[0039]图11为本实用新型实施例10中输出电流与溶液浓度关系测试结果图。[0040]图12为本实用新型实施例11中输出电流电压与负载电阻关系测试结果图。图中， 三角形符号显示的数据为输出电压，六边形符号显示的数据为输出电流。[0041]图13为本实用新型实施例12中不同溶液测试的输出电压结果图。图14为本实用新型实施例13中中间体采用N掺杂型石墨烯时，在不同溶液中测试的输出电压。[0043]图15为本实用新型实施例24中等离子体环境下测试的输出电压图。其中A为Ar 等离子体中测试的结果，B为N2等离子体中测试的结果。[0044]图16为本实用新型实施例29中在中介媒质不同流速条件下测试的输出电压图。[0045]图17为本实用新型实施例29中在模拟中介媒质做潮汐运动的情形下测试的输出电压图。[0046]图18为本实用新型各实施例的测试电路图。其中A为开路电压测试电路图出为输出电压测试电路图；C为输出电流测试电路图。图中，100为被测的本实用新型装置，101 为负载。[0047]图19为本实用新型实施例30中不同电极之间的距离测试得到的输出电流，开路电压图。图中，圆形半空符号表示的是开路电压，方形实心符号表示的是电流数据。[0048]图20为本实用新型实施例31中不同电极长度测试得到的输出电流，开路电压对比图。图中，方形符号表示的是开路电压，三角形符号表示的是电流数据。[0049]图21为本实用新型实施例32中串联后9小时持续输出电压图。
具体实施方式
[0050]
以下结合附图和实施例，对本实用新型作进一步详细说明。[0051]一、本实用新型的结构[0052]实施例1[0053]如图1所示,环境能量转化装置,包括能量转化单元。能量转化单元包括中间体1、 正极2、负极3。中间体I和正极2负极3相连，夹在正极2和负极3之间。中间体1、正极2、负极3安装在基底6上，正极2和负极3平行放置，两者之间有一定的距离，夹在中间的中间体与外界包括有一接触面，中间体的接触面用于接触中介媒质。正极2接有正极引线 4，负极3接有负极引线5。为避免正极2和负极3与中介媒质的接触，对正极2和负极3密封处理。密封处理后的结构如图2所示，正极2外层包括正极封装7，负极3外层包括负极封装8。基底6的材料可以为玻璃、陶瓷、PET (聚对苯二甲酸类)或其他的塑料或绝缘材质。 正极封装7和负极封装8采用具有绝缘性质的密封胶，如环氧树脂、酚醛树脂、有机硅树脂和不饱和聚酯树脂等。中间体I为半导体薄膜，例如硅、锗、氧化锌、砷化镓、硫化锌、氧化铜、氮化镓、氧化钛、硫化铜、硫化钥、硫化铋、碲化铋、掺杂型石墨烯薄膜或掺杂型金刚石薄膜等。中间体I的半导体薄膜通过溶液或真空镀膜法将半导体薄膜I制备于基底6上。正极和负极通过在中间体I的半导体薄膜表面利用真空沉积或印刷制作而成。[0054]实施例2[0055]参照实施例1，不同于实施例1是能量转化单元的中间体I的半导体为体材，因而少了基底6,如图3所不。[0056]实施例3[0057]参照实施例2，能量转化单元的正极2和负极3采用不对称布局，如图4所示，正极 2和负极3包括交叉结构 。其中，正极2与中间体I之间的接触面积小于负极3与中间体I 之间的接触面积。[0058]实施例4[0059]参照实施例2，能量转化单元的正极2和负极3采用不对称布局，如图5所示，正极 2为小圆盘，与中间体I之间的接触面积远远小于负极3与中间体I之间的接触面积。[0060]实施例5[0061]参照实施例2，能量转化单元的正极2和负极3采用不对称布局，如图6所示，正极 2为小圆盘，与中间体I之间的接触面积远远小于负极3与中间体I之间的接触面积。[0062]实施例6[0063]如图7所示,环境能量转化装置,包括能量转化单元。能量转化单元包括中间体1、 正极2、负极3。外侧包括密封板12，密封板12、正极2、负极3构成密封腔10。密封腔10 为封闭的空间，顶端包括密封板12，图中未画出。密封腔10用来放置中介媒质。密封腔10 包括中间体I。中间体I夹在正极2和负极3的凹槽内。中间体I为半导体体材。或者中间体I为半导体薄膜，其半导体薄膜状的中间体也通过粘贴、镀膜的方式固定在基底衬板两面，基底衬板是由绝缘材料制成的体材。正极2和负极3平行相对放置。密封腔10与正极2负极3之间包括有密封圈11。密封圈11用来隔离中介媒质和正极2负极3，使得避免中介媒质接触正极2和负极3。[0064]实施例7[0065]如图8所示,环境能量转化装置,包括能量转化单元。能量转化单元包括多个中间体1、正极2、负极3。外侧包括密封板12，密封板12、正极2、负极3构成密封腔10。密封腔 10为封闭的空间，顶端包括密封板12，图中未画出。密封腔10用来放置中介媒质。密封腔10包括多个中间体I。多个中间体I夹在正极2和负极3的凹槽内，平行放置，互不接触， 中间留有空隙。中间体I为半导体体材。或者中间体I为半导体薄膜，其半导体薄膜状的中间体也通过粘贴、镀膜的方式固定在基底衬板两面,基底衬板是由绝缘材料制成的体材。 正极2和负极3平行相对放置。密封腔10与正极2负极3之间包括有密封圈11。密封圈 11用来隔离中介媒质和正极2负极3，使得避免中介媒质接触正极2和负极3。多个中间体 I具有相同的正极2和负极3，从而在正极2和负极3之间形成并联关系。这种情形在效果上等同于多个能量转化单元之间的并联。[0066]二、本实用新型测试数据[0067]以下在没有特别说明的情况下，所给出的电压值都是测试10分钟的平均值。下述实施例中，涉及开路电压测试的电路图如图19 一 A所示，被测试的本实用新型装置100的正极和负极直接连接电压表；涉及输出电压测试的电路图如图19 一 B所示，被测试的本实用新型装置100的正极和负极之间串联一负载101，电压表连接和负载并联；涉及输出电流测试的电路图如图19 一 C所示，被测试的本实用新型装置100的正极和负极之间串联负载 101和电流表。[0068]实施例8[0069]采用实施例2的结构的环境能量转化装置，其中，中间体采用硅材料，正极采用金，负极采用银。中间体的大小为1厘米Xl厘米X0. 05厘米。中间体暴露在外与中介媒质的接触面积为0. 3厘米X0. 8厘米，S卩，正极和负极之间的距离为O. 5厘米。硅材料的载流子浓度为1. 2 X IO12每平方厘米。[0070]将上述结构的环境能量转化装置放入浓度为5摩尔每升的氯化铜(CuCl2)溶液中，溶液温度为25°C，测试开路电压为O. 42 V。在正负极之间加载25 ΚΩ负载情况下，测试环境能量转化装置的输出电流如图9所示。[0071]实施例9·[0072]将实施例8的结构的环境能量转化装置放入浓度为5摩尔每升的氯化铜(CuCl2) 溶液中，在正负极之间加载25 ΚΩ负载情况下，测试环境能量转化装置的输出电流与温度之间的关系如图10所示。由图10中可以看出，在负载固定、溶液浓度固定的情形下，温度和电流呈现正比关系，温度越高，输出电流越大。由此可见，本实用新型可以应用于检测温度，制作温度检测装置或温度传感器。[0073]实施例10[0074]将实施例8的结构的环境能量转化装置放入氯化铜(CuCl2)溶液中，在25°C条件下，外加25 ΚΩ负载情况下，测试环境能量转化装置的输出电流与氯化铜溶液浓度的关系如如图11所示。由图11中可以看出，在负载固定、温度固定的情形下，溶液浓度和电流呈现正比关系，溶液浓度越高，输出的电流越大。由此可见，本实用新型可以应用于检测离子浓度或溶液浓度，制作离子浓度或溶液浓度检测装置或离子浓度或溶液浓度传感器。[0075]实施例11[0076]将实施例8的结构的环境能量转化装置放入浓度为5摩尔每升的氯化铜(CuCl2) 溶液中，在25°C条件下，不同外加电阻条件下器件的输出电流和输出电压，得到效果如图 12所示。并根据上述结果计算得到最大的输出功率为8. 2微瓦，根据上述结构的环境能量转化装置大小可以得出，能量转化效率为8.2微瓦每平方厘米。以厚度为O. 05厘米计算，则为164微瓦每立方厘米，即每立方米的空间可以输出1. 64千瓦的电力。在实际的生产中， 上述的环境能量转化装置或能量转化单元可以做得更小，可以输出更多的电力。[0077]实施例12[0078]将实施例8的结构的环境能量转化装置放入浓度为4摩尔每升的CuC12、HC1、KC1、 NaCl、CoCl2和NiCl2电解质溶液中，电解质溶液的温度在25°C条件下，外加25 ΚΩ负载情况下，测试环境能量转化装置的输出电压，得到的结果如图13所示。由该图可以看出输出电压与离子半径成正相关性(HCl除外，该电解质中的H+主要以H3O+形式存在)。[0079]实施例13[0080]采用实施例1的结构的环境能量转化装置，其中，中间体采用N掺杂型石墨烯，基底采用玻璃材质，正极采用金，负极采用银。中间体的大小为I厘米X I厘米X (1. 0X10_7) 厘米。中间体暴露在外与中介媒质的接触面积为0. 3厘米X0. 8厘米，S卩，正极和负极之间的距离为O. 5厘米。环境能量转化装置的内阻为2. 5 ΚΩ。[0081]将上述结构的环境能量转化装置放入浓度为I摩尔每升FeCl3, CuCl2、HCl、NaCl、 CoCl2和NiCl2电解质溶液中，电解质溶液的温度在25°C条件下，在加载200 ΚΩ负载情况下，测试器件的输出电压，得到效果如图14所示。[0082]实施例14[0083]将实施例13的结构的环境能量转化装置放入纯净水环境中，在纯净水25 V的条件下，在I个标 准大气压下，在加载I ΜΩ电阻的情况下，测到的输出电压接近85 μ V0[0084]将实施例13的结构的环境能量转化装置放入海水环境中，在海水25°C的条件下， 在I个标准大气压下，在加载200 ΚΩ电阻的情况下，测到的输出电压接近5. 2 mV。[0085]将实施例13的结构的环境能量转化装置放入淡水环境中，在淡水25°C的条件下， 在I个标准大气压下，在加载200 ΚΩ电阻的情况下，测到的输出电压接近O. 5 mV。[0086]上述在纯净水、海水、淡水中的测试结果显示，环境能量转化装置在纯净水中的输出电压和在海水中的输出电压相比少2个数量级。这一结果表明中介媒质的离子浓度对本实用新型的环境能量转化装置具有很大影响。[0087]实施例15[0088]将实施例13的结构的环境能量转化装置放入生理盐水环境中。所述的生理盐水用于模拟生命体环境，在生理盐水25°C的条件下，在I个标准大气压下，在加载I ΜΩ电阻的情况下，测到的输出电压接近1. 2 mV。该测试结果表明在环境能量转化装置集成化后，有望为人体辅助装置提供电力能源。[0089]实施例16[0090]实施例8的结构的环境能量转化装置中的正极和负极分别用下述材料代替后，放入浓度为5摩尔每升的氯化铜(CuCl2)溶液中，在25°C条件下，测试开路电压得到的结果如下表所示[0091]
权利要求1.环境能量转化装置，其特征在于包括能量转化单元；所述的能量转化单元包括正极、负极、中间体；所述的中间体由半导体制成，夹在正极和负极之间，两边分别和正极、负极相连接触；正极和负极具有不对称性。
2.如权利要求1所述的环境能量转化装置，其特征在于，所述的正极和负极具有不对称性包括下述情形之一或下述情形之组合所述的正极和负极由不同功函数的材料制成，正极的功函数WP、负极的功函数WN、中间体的功函数WX满足以下条件WP > WX ^ WN ；所述的正极和负极采用不同链长的分子对其做表面修饰，或者所述的正极和负极采用不同结构的分子对其做表面修饰；所述的正极和负极具有不同的几何结构形状，其中正极和中间体的接触面积小于负极和中间体的接触面积。
3.如权利要求1所述的环境能量转化装置，其特征在于，所述的半导体为有机半导体或无机半导体。
4.如权利要求3所述的环境能量转化装置，其特征在于，所述的无机半导体为硅、锗、 砷化镓、氮化镓、氧化锌、硫化锌、氧化钛、氧化铜、硫化铜、硫化钥、硫化秘、締化秘、掺杂型石墨烯或掺杂型金刚石。
5.如权利要求3所述的环境能量转化装置，其特征在于，所述的有机半导体为聚3已基噻吩或3，4-乙撑二氧噻吩。
6.如权利要求1所述的环境能量转化装置，其特征在于，所述的能量转化单元包括隔离装置，用于隔离正极和中介媒质以及隔离负极和中介媒质；所述的中介媒质为气体、液体、凝胶或等离子体。
7.如权利要求1所述的环境能量转化装置，其特征在于，所述的能量转化单元中的中间体有多个，多个中间体具有相同的正极和负极，从而在正极和负极之间形成并联关系。
8.如权利要求1所述的环境能量转化装置，其特征在于，所述的能量转化单元包括中介媒质；所述的中介媒质为无机电解质溶液、有机电解质溶液、导电凝胶或液态金属。
9.如权利要求8所述的环境能量转化装置，其特征在于，所述的无机电解质溶液为氯化钠、氯化钾、氯化镍、氯化钴、氯化锂、氯化铜或氯化铁的水溶液。
10.如权利要求8所述的环境能量转化装置，其特征在于，所述的能量转化单元包括密封腔；密封腔采用绝缘材料制成；所述的中介媒质和中间体密封在密封腔内。
11.如权利要求8所述的环境能量转化装置，其特征在于，所述的中介媒质是运动的。
12.如权利要求1所述的环境能量转化装置，其特征在于，所述的能量转化单元包括多个，各个能量转化单元经并联及串联相互连接。
专利摘要本实用新型公开了一种环境能量转化装置，包括能量转化单元；能量转化单元包括正极、负极、中间体。中间体由半导体制成，夹在正极和负极之间，两边分别和正极、负极相连接触；正极和负极具有不对称性。正极和负极的不对称性是指正极和负极的材料具有不同的功函数或不同的表面修饰或不同的几何结构。能量转化单元可以并联串联组成一个整体的环境能量转化装置。本实用新型利用半导体的表面效应，从与之接触的环境如气体、液体、凝胶或等离子体中，尤其在溶液中源源不断地将环境热能转化为电能。本实用新型的环境能量转化装置可用于发电和制冷，为各种楼宇建筑、交通设备或电子设备提供能源和制冷，也可以用于浓度、温度、流速检测装置。
文档编号G01K7/00GK202855807SQ201220353969
公开日2013年4月3日 申请日期2012年7月20日 优先权日2012年7月20日
发明者台国安, 许子寒 申请人:南京航空航天大学