水区的氧化层被光刻胶保护。
[0044]3)采用反应离子刻蚀工艺刻蚀硅基底疏水区域的氧化层，然后采用深反应离子刻蚀工艺在已刻蚀掉二氧化硅的区域制备微纳米硅柱结构。
[0045]4)纳米娃纳米娃纳米娃纳米娃纳米娃纳米娃纳米娃最后，去除娃基底上的光刻胶。
[0046]所述的下极板的电介质层与上极板上下相对放置，保证上极板冷凝的液滴滴落在电介质层表面，下极板电极层的另一端为外接导电性能良好的金属极板。其中下极板制备包括以下步骤:
[0047]I)首先，准备玻璃材质或硅材质；
[0048]2)在衬底上制备一层厚度大约为50nmTi/W的过渡层(也可以省略该过渡层的制备步骤)，再溅射厚度大约为150nm的金属膜作为电极层，所述电极层的材料优选为金、银或铜；
[0049]3)在金属膜部分区域沉积厚度大约为290nm的电介质层，所述的电介质层可以是氮化硅、二氧化硅或有机材质。
[0050]4)在金属膜和电介质层上沉积一层聚四氟乙稀薄膜，形成疏水层。
[0051]下面结合附图对本发明优选的实施例进一步说明。
[0052]如图1所示，一种基于液滴冷凝的热电转换能量采集装置，包括散热端10、上极板7、衬底2、电介质层3、电极层4、疏水层9、传热板I和超疏水壁面5、6。本实施例中，所述的传热板I是具有超强导热能力的铜板。所述的衬底2与传热板I紧贴放置，避免因与传热板I温差过大而致使水蒸汽大量冷凝在衬底2上，并在衬底2上表面制备能量采集电极，请具体参照附图2所示，其制备工艺可以是以下过程:
[0053]1.准备4英寸玻璃材质的衬底2 ;
[0054]2.如图2所示，金属电极采用金属溅射工艺在玻璃衬底上溅射一层50nmTi/W过渡层，再溅射厚度为150nm的金膜作为电极层4，并引出导线，用于输出所采集的电能；
[0055]3.电介质层3采用PECVD沉积工艺在衬底上沉积厚度为290nm的氮化硅层或二氧化硅，并用等离子体沉积工艺在电介质层3沉积聚四氟乙烯作为疏水层9 ;
[0056]请参阅图3所示，所述的上极板7被嵌在顶板壁面上，用于定点冷凝传热板I上蒸发的水蒸汽，上极板7是以硅晶元为衬底的亲水区12、疏水区11周期分布的表面微结构，水蒸汽冷凝在亲水区域；并与下极板的电介质层4区域上下对应放置，以保证冷凝的水滴滴落在电介质层4上。所述的散热端10材料是超强导热能力的铜片或铝片，并置于上极板7上方，且与上极板7直接接触。
[0057]本实施例中，传热板I下底面放置在外界环境的废热源上，用于将外部废热源传递到装置内部的热循环介质液态水上，液态水汽化成水蒸汽后上升在上极板7冷凝成液滴8 ;散热端10用于辐射水蒸汽冷凝时释放的热能，以降低上极板7与装置外部的温差。装置侧壁5和顶层内壁6采用超疏水材料或结构，避免或减少水蒸汽在壁面上冷凝。冷凝的小水滴8体积增大后滴落在下极板电极疏水层9上，滴落瞬间接触电介质层时，接触界面的面积变化导致电荷重新分布，并在电极两端产生一个瞬时电势差，此电势差实现液滴碰撞发电，可以将外部热能转化为电能。本实施例中，所述的超疏水侧壁和顶板5、6的内表面可以是有机聚四氟乙烯材料或以硅晶元为衬底的纳米硅结构等。本实施例中，所述的下极板中仅电极一端置于下极板上，另一端连接外部金属极板即可。
[0058]综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0059]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.一种基于液滴冷凝的热电转换能量采集装置，其特征在于:该装置包括存放部分液态水的腔体；该腔体包括与外部废热源接触并作为底板的传热板、采用超疏水材料制备的侧板和顶板；所述腔体内的传热板上表面放置有一端与外接金属板导通的下极板；所述顶板上嵌入与所述下极板对应的上极板；所述下极板包括衬底、形成于该衬底上的电极层、沉积于该电极层上的电介质层以及沉积在该电介质层上的疏水层；所述上极板包括硅基底、形成于该衬底上周期性分布的疏水区和亲水区；所述疏水区为微纳米硅柱结构；所述亲水区为氧化硅。2.根据权利要求1所述的基于液滴冷凝的热电转换能量采集装置，其特征在于:所述传热板为金属板。3.根据权利要求1所述的基于液滴冷凝的热电转换能量采集装置，其特征在于:所述超疏水材料选取聚四氟乙稀或纳米娃。4.根据权利要求1所述的基于液滴冷凝的热电转换能量采集装置，其特征在于:所述亲水区的体积与液滴体积相关。5.根据权利要求1所述的基于液滴冷凝的热电转换能量采集装置，其特征在于:所述腔体外侧上极板的上表面处设置有散热端。6.根据权利要求5所述的基于液滴冷凝的热电转换能量采集装置，其特征在于:所述散热端包括基板和与基板垂直并平行间隔设置的散热片。7.根据权利要求7所述的基于液滴冷凝的热电转换能量采集装置，其特征在于:所述散热端的材料为金属，优选为铜。8.—种权利要求1所述的基于液滴冷凝的热电转换能量采集装置的制备方法，其特征在于:该方法包括收容在腔体内的上极板和下极板的制造方法，所述上极板制备包括以下步骤: 1)提供一包含氧化层的娃基底； 2)采用光刻工艺将亲、疏水区分布图形转移到硅基底的氧化层上，并使亲水区的氧化层被光刻胶保护； 3)采用反应离子刻蚀工艺刻蚀疏水区的所述氧化层，然后采用深反应离子刻蚀工艺在已刻蚀掉氧化层的区域形成疏水的微纳米硅柱结构； 4)去除硅基底上光刻胶。 所述下极板制备包括以下步骤: O提供一玻璃衬底； 2)在该玻璃衬底上溅射电极层； 3)在所述电极层上沉积电介质层； 4 )在所述电介质层上沉积超疏水材料以形成疏水层。9.根据权利要求8所述的基于液滴冷凝的热电转换能量采集装置的制备方法，其特征在于:在步骤I)和步骤2)之间还包括形成Ti/W过渡层的步骤。10.根据权利要求8所述的基于液滴冷凝的热电转换能量采集装置的制备方法，其特征在于:所述的电介质层的材料为氮化娃、二氧化娃或有机材质。
【专利摘要】本发明提供一种基于液滴冷凝的热电转换能量采集装置及制备方法，所述热电转换能量采集装置包括散热端、上极板、下极板、传热板和超疏水壁面。所述传热板是具有超强导热能力的金属极板，其下表面与外界废热源相连，用于将外部热能传递到传热板上表面的液态水上。能量采集装置的侧壁和顶层内表面均采用超疏水材料，避免传热板上面蒸发的水蒸汽在内壁上冷凝，使水蒸汽集中冷凝在置于顶层内表面的上极板上，上极板与下极板的电介质层上下相对放置。当冷凝在上极板的液滴滴落在电介质层表面时，液滴与电介质层接触界面的电荷会重新分布，并在内外电极两端产生一个瞬时电势差，此电势差实现液滴碰撞发电，可以将外部热能转化为电能。
【IPC分类】H02N3/00
【公开号】CN105071698
【申请号】CN201510430440
【发明人】周晓峰, 刘超然, 车录锋
【申请人】中国科学院上海微系统与信息技术研究所
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月21日