[發明專利]一種自供能氣體傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201710492171.4
• 申請日: 2017-06-26
• 公開（公告）號: CN107132248B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 楊亞杰;何鑫;毛喜玲;周榆久;楊文耀;趙月濤;徐建華;太惠玲
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00;H01L37/00;B81C1/00
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

本發明提供了一種自供能傳感器及其制備方法，屬于傳感器技術領域。本發明結構其結構由下至上依次包括層疊的多孔基片、第一銀納米線薄膜、P型多孔導電聚合物、多孔熱釋電薄膜、N型多孔導電聚合物和第二銀納米線薄膜。本發明自供能傳感器采用多孔熱釋電薄膜材料同時作為敏感單元和能量采集單元，避免了制備不同功能薄膜時各功能薄膜之間所存在的成膜工藝不匹配、成膜不均勻和相容性不好的問題；本發明器件結構設計合理，能夠協同實現能量采集與產生氣敏信號，使得器件結構高度集成且提高了氣敏單元的靈敏度；此外，本發明制備工藝簡單可控、成本低廉，在柔性電子器件具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于傳感器技術領域，具體涉及一種集氣敏單元與能量儲存單元于一體的自供能氣體傳感器及其制備方法。

背景技術

傳感器一直以來都是應用廣泛的電子器件，在人們的生產與生活中發揮著重要的作用。近年來，隨著納米科技的迅猛發展，器件的微型化已成為主流發展趨勢，然而器件微型化也限制了供電設備的體積，而傳統電池作為供電設備，小的體積也就意味著小的儲電量，一旦電量耗盡，器件就失去了功能性，必須通過更換電池來維持其特定功能。而這一方面極大地限制了器件的使用壽命，另一方面，由于無線傳感器網絡大多長時間工作在無人值守狀態，由于網絡節點眾多、分布區域廣，且工作環境復雜，若采用更換電池的方式給節點補充能源，會造成由于能源補充不及時或者無法及時更換諸多分布較廣的網絡節點電池而引起系統無法正常工作，進而影響信息獲取的可靠性。微型器件供電單元的續航能力在實際應用中是極為重要的，并且傳感器的能量供給成為阻礙傳感器網絡發展及應用的瓶頸之一。

為了提高傳感器的續航能力以及進一步滿足高速發展的物聯網及無線傳感網絡中傳感器不間斷工作的需求，除了降低功能器件的能耗之外，最根本的方法是實現傳感器的能量自供。而傳感器能量自供需要實現其能量捕獲和儲存，能量捕獲的理念就要求傳感器本身在工作時很容易收集周圍環境中的能量，并且儲存起來在需要時進行供給。為此，如何設計出一種能夠有效捕捉周圍環境能量并將環境能量轉化為可用電能的傳感器成為了本領域亟待解決的技術問題。另外，目前具有自供能特性的傳感器，其能量采集和氣敏單元均為分離器件，在同一個器件內部實現能量采集和氣敏單元的集成也是亟待解決的問題，這對于自供能傳感器的小型化和集成化具有重要的意義。

發明內容

本發明想要解決的技術問題是提供一種自供能傳感器及其制備方法，本發明自供能傳感器采用多孔熱釋電薄膜材料同時作為敏感單元和能量采集單元，通過捕獲周圍環境的熱輻射實現能量自供，在高度集成的基礎上兼具工藝簡單可控、成本低廉。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

技術方案1：

一種自供能氣體傳感器，其特征在于，其結構由下至上依次層疊的包括：多孔基片、第一銀納米線薄膜、P型多孔導電聚合物、多孔熱釋電薄膜、N型多孔導電聚合物和第二銀納米線薄膜；所述多孔熱釋電薄膜的材料為聚偏二氟乙烯或者偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物。

進一步地，本技術方案中多孔基片的材料為多孔柔性氧化銦錫；

作為優選實施方式，本技術方案中多孔基片的厚度不大于0.5毫米；

作為優選實施方式，本技術方案中多孔基片的孔徑大小不大于100納米。

進一步地，本技術方案中多孔導電聚合物的材料優選為聚噻吩及其衍生物。

本技術方案中銀納米線薄膜可采用自組裝法、LB膜法、旋涂法等任何合適的方法制備，根據本發明實施例，優先采用LB膜法制備，因為采用LB膜法制得的納米線高度有序，增強納米線薄膜的集流效果。

本技術方案中多孔導電聚合物薄膜采用原位沉積法制備；具體操作是將混合導電聚合物單體與氧化劑的聚合溶液采用旋涂法沉積在銀納米線薄膜表面，通過控制溶劑揮發速度來獲得多孔導電聚合物薄膜。