[發明專利]一種基于肺泡仿生學結構的柔性自驅動氣體傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201810087306.3
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN108241017B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 蘇元捷;楊鉑汐;謝光忠;李雙定;潘虹;張秋平;太惠玲;杜曉松;蔣亞東
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01N27/60
• 分類號: G01N27/60
• 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

1.一種基于肺泡仿生學結構的柔性自驅動氣體傳感器，其特征在于：包括自下而上層疊設置的柔性絕緣基底，第一摩擦部件和第二摩擦部件；

所述第一摩擦部件包括：第一摩擦起電層，電極層和氣敏薄膜層，所述第一摩擦起電層具有相對設置的第一表面和第二表面，所述第一表面沉積有氣敏材料，所述第二表面沉積有電極材料；

所述第二摩擦部件包括：第二摩擦起電層，所述第二摩擦起電層與第一摩擦起電層上氣敏薄膜層所在面相接觸且二者邊緣處固定，第二摩擦起電層的材料為具有彈性的柔性薄膜材料；

第一摩擦部件和第二摩擦部件與柔性絕緣基底固定，柔性絕緣基底和第一摩擦部件的中央開設有通孔形成空氣通道，在常壓下，第一摩擦起電層與第二摩擦起電層之間相互接觸，在氣流作用下，第二摩擦起電層與第一摩擦起電層之間的未固定部分形成接觸-分離循環以產生感應電荷，并通過電極層向檢測電路輸出電學信號；

所述第二摩擦起電層的材料隨氣壓變化能發生彈性形變。

2.根據權利要求1所述的一種基于肺泡仿生學結構的柔性自驅動氣體傳感器，其特征在于：第一摩擦起電層的材料與第二摩擦起電層的材料之間存在摩擦電極序差異。

3.根據權利要求1或2所述的一種基于肺泡仿生學結構的柔性自驅動氣體傳感器，其特征在于：第一摩擦起電層的材料為尼龍、鐵氟龍、聚氟乙烯、三聚氰胺、全氟乙烯丙烯共聚物和聚酰亞胺中任一種或者多種形成的復合材料，第二摩擦起電層的材料為乳膠和橡膠中任一種或者二者形成的復合材料。

4.根據權利要求1所述的一種基于肺泡仿生學結構的柔性自驅動氣體傳感器，其特征在于：所述氣敏材料是對目標氣體敏感的有機聚合物、金屬氧化物及無機材料中任一種或者任意多種形成的復合材料；所述有機聚合物包括聚氧化乙烯、聚乙烯亞胺、聚苯乙烯磺酸鈉、聚苯胺、聚酰亞胺和殼聚糖中任意一種或者多種形成的復合材料；所述金屬氧化物包括γ-Fe₂O₃、α-Fe₂O₃、ZnO₂、CuO和SnO₂中任一種或多種形成的復合材料；所述無機材料包括二維碳材料。

5.根據權利要求1所述的一種基于肺泡仿生學結構的柔性自驅動氣體傳感器，其特征在于：所述電極層的材料為鋁、鎳、銅、銀、金或者氧化銦錫。

6.根據權利要求5所述的一種基于肺泡仿生學結構的柔性自驅動氣體傳感器，其特征在于：電極層的厚度范圍為100～200nm。

7.一種基于肺泡仿生學結構的柔性自驅動氣體傳感器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:

步驟A：在第一摩擦起電層的一面沉積電極材料形成電極層，其相對另一面沉積氣敏材料形成氣敏薄膜層，然后將經上述處理得到的第一摩擦起電層和柔性絕緣基底的中央對應切割得到通孔；

步驟B：將第二摩擦起電層的四周邊緣與第一摩擦起電層上氣敏薄膜層所在面的四周邊緣固定；

步驟C：將固定有第二摩擦起電層的第一摩擦起電層固定在柔性絕緣基板上，固定時第一摩擦起電層與柔性絕緣基底上的通孔對齊形成氣體通道，使得第一摩擦起電層和第二摩擦起電層在氣流作用下形成接觸-分離循環，并通過電極層向檢測電路輸出電學信號；

所述第二摩擦起電層的材料隨氣壓變化能發生彈性形變。

8.根據權利要求7所述的一種基于肺泡仿生學結構的柔性自驅動氣體傳感器的制備方法，其特征在于：第一摩擦起電層的材料與第二摩擦起電層的材料之間存在摩擦電極序差異；第一摩擦起電層的材料為尼龍、鐵氟龍、聚氟乙烯、三聚氰胺、全氟乙烯丙烯共聚物和聚酰亞胺中任一種或者多種形成的復合材料，第二摩擦起電層的材料為乳膠和橡膠中任一種或者二者形成的復合材料。

9.根據權利要求8所述的一種基于肺泡仿生學結構的柔性自驅動氣體傳感器的制備方法，其特征在于：所述氣敏材料是對目標氣體敏感的有機聚合物、金屬氧化物及無機材料中任一種或者任意多種形成的復合材料；所述有機聚合物包括聚氧化乙烯、聚乙烯亞胺、聚苯乙烯磺酸鈉、聚苯胺、聚酰亞胺和殼聚糖中任意一種或者多種形成的復合材料；所述金屬氧化物包括γ-Fe₂O₃、α-Fe₂O₃、ZnO₂、CuO和SnO₂中任一種或多種形成的復合材料；所述無機材料包括二維碳材料。