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原文传递基于摩擦纳米发电机的紫外一体化气体传感器及制备方法

专利名称：	基于摩擦纳米发电机的紫外一体化气体传感器及制备方法
摘要：	本发明公开了基于摩擦纳米发电机的紫外一体化气体传感器及制备方法，转子利用外部机械转动驱动机构实现转动，转子的机械转动实现电荷产生，与定子之间的相对运动使得数字静电计探测到周期性的电压信号。在该周期性的电压信号基础上，定子的气敏薄膜在紫外光照射时接触到不同浓度的气体后其表面束缚电荷随着浓度发生相应的变化，该电荷变化将在周期性的电压信号的基础上进行改变，得到根据气体浓度进行变化的一个电压信号，进而得到气体浓度数据。本发明传感器结构新颖、成本低廉、工艺简单，在工业生产线与外太空探索中紫外光能无穷无尽的情况下，可以无需供能通过输出电信号的变化来反应目标气体浓度。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	四川;51
申请人：	电子科技大学
发明人：	太惠玲;刘勃豪;张俊新;杨瑞雨;王斯;袁震;蒋亚东;谢光忠
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-21T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-23T00:00:00+0800
申请号：	CN201910422317.7
公开号：	CN110045001A
代理机构：	成都弘毅天承知识产权代理有限公司
代理人：	梁伟东
分类号：	G01N27/62(2006.01);G;G01;G01N;G01N27
申请人地址：	611731 四川省成都市高新区(西区)西源大道2006号
主权项：	1.一种基于摩擦纳米发电机的紫外一体化气体传感器，其特征在于：包括腔体(1)，设置在腔体(1)内部的定子、转子，数字静电计(13)，驱动机构，紫外光产生部，设置在腔体(1)上的气体进出口；所述定子包括电极层(14)和设置在电极层上的气敏薄膜(7)；所述转子包括摩擦薄膜(9)；气敏薄膜(7)和摩擦薄膜(9)隔空相对设置；摩擦薄膜(9)为多个呈中心轴对称均匀间隔设置的叶片，气敏薄膜(7)和摩擦薄膜(9)的摩擦电性相反，且二者的中心轴在同一直线上，摩擦薄膜(9)在转动过程中与气敏薄膜(7)的相对面积大小呈周期性变化；所述数字静电计(13)与电极层(14)的电极连接，对电极层(14)电极的电荷变化产生的电压信号进行测量；驱动机构用于带动摩擦薄膜(9)转动；紫外光产生部为设置在腔体(1)上的紫外光源(8)或者为设置在腔体(1)上的特定紫外波长的光学窗口。 2.根据权利要求1所述的基于摩擦纳米发电机的紫外一体化气体传感器，其特征在于：所述电极层(14)采用以下两种方式中的任意一种： A.电极层(14)包括依次设置第一基板(2)、第一电极(3)，气敏薄膜(7)设置在第一电极(3)上，第一基板(2)设置在腔体内壁表面，且气敏薄膜(7)与金属电极带(147)的形状相同，数字静电计(13)的正极与第一电极(3)相连，负极接地。 B.电极层(14)包括依次设置的第一基板(2)、第一电极(3)、第一绝缘层(4)、第二基板(5)和第二电极(6)，第一基板(2)设置在腔体内壁表面，气敏薄膜(7)设置在第二电极(6)上并与第二电极(6)形状相同，所述第一电极(3)、第二电极(6)分别与数字静电计(13)的正负极相连。 3.根据权利要求1所述的基于摩擦纳米发电机的紫外一体化气体传感器，其特征在于：所述腔体(1)表面粘贴有厚度为大于等于1mm的平整的金属薄膜，所述金属为铝、镍、铜、银、金中的一种。 4.根据权利要求2所述的基于摩擦纳米发电机的紫外一体化气体传感器，其特征在于：所述摩擦薄膜(9)与气敏薄膜(7)的间隙小于2mm。 5.根据权利要求2所述的基于摩擦纳米发电机的紫外一体化气体传感器，其特征在于：所述电极层(14)中的电极由基板表面形成一层金属薄膜制成，所述金属为铝、镍、铜、银、金中的一种，所述基板采用有机薄膜基板制成。 6.根据权利要求1所述的基于摩擦纳米发电机的紫外一体化气体传感器，其特征在于：所述气敏薄膜(7)由特定紫外光波长激发的元素掺杂型金属氧化物和石墨烯中的一种或多种混合制成。 7.根据权利要求1所述的基于摩擦纳米发电机的紫外一体化气体传感器，其特征在于：所述摩擦薄膜(9)由尼龙、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚氯乙烯以及聚酰亚胺中的一种制成。 8.根据权利要求1所述的基于摩擦纳米发电机的紫外一体化气体传感器，其特征在于：所述紫外光源(8)设置有多个，沿定子形状分布且并联，采用斜入射的方式对气敏薄膜(7)进行照射。 9.一种基于上述权利要求1-8任一项所述基于摩擦纳米发电机的紫外一体化气体传感器的制备方法，其特征在于：所述方法包括：切割预处理：切割得到定子和转子所需材料，对切割得到的材料和准备的摩擦薄膜(9)进行清洗干燥预处理；制作定子：将定子中各层材料通过AB胶依次粘接，其中采用热蒸发法蒸镀形成电极层(14)的金属电极或采用粘接金属带的方式形成电极层的金属电极，并采用旋涂工艺在电极层(14)表面制备气敏薄膜(7)；制作转子：在第二绝缘层(10)一侧表面通过AB胶固定粘接摩擦薄膜(9)；固定定子和转子：将所制得定子部分的第一基板(2)粘接于腔体(1)的内侧壁上，定子和转子相对隔空设置且其中心轴在同一直线上，将转子的第二绝缘层(10)另一侧通过转轴(11)悬空固定在腔体(1)的内侧壁上；紫外光源设置：在腔体(1)内部设置对气敏薄膜(7)进行照射的紫外光源(8)或腔体(1)上设置的供紫外光照射气敏薄膜(7)的开口，紫外光源(8)连接直流稳压电源供能；外部连接部分：将转轴(11)穿出腔体(1)并与机械转动驱动机构(12)相连，将引线与电极层(14)的金属电极连接，引线的另一端与数字静电计(13)相连接。 10.根据权利要求9所述基于摩擦纳米发电机的紫外一体化气体传感器的制备方法，其特征在于：所述腔体(1)表面粘贴有厚度为大于等于1mm的平整的金属薄膜，所述紫外光源(8)设置有多个，沿定子形状分布且并联，采用斜入射的方式对气敏薄膜(7)进行照射。
所属类别：	发明专利