[發明專利]一種基于摩擦納米發電機氣體放電的自驅動CO2傳感器

有效

• 申請號: 201810978204.0
• 申請日: 2018-08-27
• 公開（公告）號: CN109187730B
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 程綱;趙珂;顧廣欽;張寶;杜祖亮
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: G01N27/70
• 分類號: G01N27/70
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 時立新;張麗

1.一種基于摩擦納米發電機誘導的氣體放電的自驅動CO₂氣敏傳感器，其特征在于，所述自驅動CO₂氣敏傳感器包括摩擦納米發電機、氣體放電元件，氣體放電元件放置于密封良好的反應瓶內，反應瓶內完全被氣體填充，摩擦納米發電機包括：

第一基板：所述第一基板上表面固定設有第一摩擦層，所述第一摩擦層隨著第一基板的旋轉而旋轉；

第二基板：所述第二基板下表面設有靜止的第一電極層和第二電極層，第一、二電極層合稱為第二摩擦層，所述第一摩擦層與第二摩擦層存在摩擦電序列的差別，并且所述第一摩擦層、第一電極層和第二電極層三者的形狀相同；

氣體放電元件包括：放電探針和與之垂直的導電板，所述放電探針通過導線和第一電極層或第二電極層相連，所述導電板通過導線與第二電極層或第一電極層相連。

2.根據權利要求1所述的基于摩擦納米發電機誘導的氣體放電的自驅動CO₂氣敏傳感器，其特征在于，所述自驅動CO₂氣敏傳感器還包括整流橋，所述放電探針和導電板分別通過兩根導線與整流橋的負極和正極連接，整流橋的交流端分別通過導線和第一電極層和第二電極層相連。

3.根據權利要求1或2所述的基于摩擦納米發電機誘導的氣體放電的自驅動CO₂氣敏傳感器，其特征在于，所述第一基板和第二基板均為絕緣材料，所述第一摩擦層為絕緣材料，所述第一電極、第二電極、放電探針和導電板采用導體或半導體材料。

4. 根據權利要求1或2所述的基于摩擦納米發電機誘導的氣體放電的自驅動CO₂氣敏傳感器，其特征在于，所述放電探針的針尖和導電板之間的距離為1 μm到10 mm。

5. 根據權利要求1或2所述的基于摩擦納米發電機誘導的氣體放電的自驅動CO₂氣敏傳感器，其特征在于，所述第一摩擦層和第一、第二電極層的厚度范圍為100 nm-5 mm。

6. 根據權利要求1或2所述的基于摩擦納米發電機誘導的氣體放電的自驅動CO₂氣敏傳感器，其特征在于，第一基板和第二基板的材質為聚甲基丙烯酸甲酯，第一摩擦層為PTFE薄膜，第二摩擦層為Cu膜，第一摩擦層由兩個90°扇形或兩個直角等邊三角形組成，所述兩個90°扇形或兩個直角等邊三角形呈中心對稱設置，放電探針為曲率半徑5 μm的鎢針，導電板為不銹鋼板。

7.權利要求1所述的基于摩擦納米發電機誘導的氣體放電的自驅動CO₂氣敏傳感器的檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：

（1）常溫常壓下，用純度為99.99%以上的N₂將反應瓶中的空氣完全排除，分別充入CO₂、O₂、空氣、N₂并密封反應瓶，使反應瓶內氣體壓力等于大氣壓，通過電動馬達帶動第一基板旋轉，第一摩擦層相對于所述第一、二電極層做周期性轉動，兩個電極層之間產生電勢差，即放電探針和導電板之間產生電勢差，當放電探針的尖端和導電板之間的電勢差達到氣體放電的閾值電壓時，產生的等離子體可以橋接兩個放電電極，進而摩擦納米發電機產生電輸出，每一種氣體分別進行交流、正電壓和負電壓氣體放電測試；

（2）通過三維移動平臺精確調控鎢針和不銹鋼板之間的距離d，得到每種氣體在交流、正電壓和負電壓下氣體放電的最大電極距離d_max。

8.權利要求1或2所述的基于摩擦納米發電機誘導的氣體放電的自驅動CO₂氣敏傳感器在檢測氣體中CO₂濃度的應用。

9.根據權利要求8所述的基于摩擦納米發電機誘導的氣體放電的自驅動CO₂氣敏傳感器在檢測氣體中CO₂濃度的應用，其特征在于，所述氣體為空氣或N₂。