[發明專利]一種基于仿生鼻腔結構的自供能呼吸傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201810866613.1
• 申請日: 2018-08-01
• 公開（公告）號: CN108872318B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 謝光忠;李雙定;蘇元捷;楊鉑汐;潘虹;張秋平;黎威志;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: G01N27/02
• 分類號: G01N27/02;H02N1/04
• 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

1.一種基于仿生鼻腔結構的自供能呼吸傳感器，其特征在于：包括設置有供呼吸氣流通過的絕緣筒，所述絕緣筒的內壁表面設置有電極層；所述電極層上設置有沿絕緣筒內周向均勻分布的發電陣列；所述發電陣列的組成單元為相互獨立的摩擦起電單元，所述摩擦起電單元包括柔性摩擦層、設置在所述柔性摩擦層一側表面的敏感薄膜層和設置在所述柔性摩擦層另一側表面的導電層；所述摩擦起電單元沿絕緣筒內壁面內法線方向設置，使得所述導電層與絕緣筒內壁的電極層相接觸；任一個摩擦起電單元與其沿氣體流通路徑方向相鄰的摩擦起電單元相對設置，當無氣流通過絕緣筒時，相鄰的摩擦起電單元之間互不接觸，當有氣流通過絕緣筒時，相鄰兩個摩擦起電單元中導電層與柔性摩擦層形成接觸-分離循環，從而產生感應電荷，并通過所述電極層向外部檢測電路輸出電學信號。

2.根據權利要求1所述的一種基于仿生鼻腔結構的自供能呼吸傳感器，其特征在于：所述柔性摩擦層的材料和所述導電層的材料之間存在摩擦電極序差異。

3.根據權利要求1所述的一種基于仿生鼻腔結構的自供能呼吸傳感器，其特征在于：所述摩擦起電單元為條狀摩擦起電單元。

4.根據權利要求1所述的一種基于仿生鼻腔結構的自供能呼吸傳感器，其特征在于：所述敏感薄膜層采用對目標氣體敏感的有機聚合物、金屬氧化物或無機材料。

5.根據權利要求1所述的一種基于仿生鼻腔結構的自供能呼吸傳感器，其特征在于：柔性摩擦層的材料為柔性聚合物，包括：鐵氟龍(PTFE)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚酰亞胺(PI)中任一種。

6.根據權利要求1所述的一種基于仿生鼻腔結構的自供能呼吸傳感器，其特征在于：所述導電層的材料為鋁、鎳、銅、銀、金和氧化銦錫中任一種或者多種。

7.根據權利要求1所述的一種基于仿生鼻腔結構的自供能呼吸傳感器，其特征在于：所述絕緣筒的材料為聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和有機玻璃中任一種。

8.一種基于仿生鼻腔結構的自供能呼吸傳感器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟A：制作摩擦起電單元；選擇柔性的絕緣聚合物作為柔性摩擦層的材料，然后在柔性摩擦層一面制作敏感薄膜層，另一面制作導電層形成一個摩擦起電單元，重復操作得到若干個相同大小的摩擦起電單元；

步驟B：在絕緣筒內壁表面制作電極層，將步驟A得到的摩擦起電單元沿絕緣筒內壁面內法線方向設置，使得所述導電層與所述電極層相接觸，并將摩擦起電單元沿絕緣筒內周向均勻分布形成發電陣列，使得任一個摩擦起電單元與其沿氣體流通路徑方向相鄰的摩擦起電單元相對設置，當無氣流通過絕緣筒時，相鄰的摩擦起電單元之間互不接觸，當有氣流通過絕緣筒時，相鄰兩個摩擦起電單元中導電層與柔性摩擦層形成接觸-分離循環，從而將機械能轉換為電能并經外部檢測電路輸出敏感薄膜的電學信號變化。

9.根據權利要求8所述的一種基于仿生鼻腔結構的自供能呼吸傳感器的制備方法，其特征在于：所述柔性摩擦層的材料和所述導電層的材料之間存在摩擦電極序差異。

10.根據權利要求8所述的一種基于仿生鼻腔結構的自供能呼吸傳感器的制備方法，其特征在于：所述敏感薄膜層采用對目標氣體敏感的有機聚合物、金屬氧化物或無機材料。