[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

本發明提供一種基于摩擦納米發電機誘導的氣體放電的自驅動CO₂氣敏傳感器及應用，包括：摩擦納米發電機和氣體放電元件。當CO₂加入到N₂中時，放電過程中產生的二氧化碳負離子會阻礙等離子體的形成，這會增加氣體放電的閾值電壓并改變放電特性?；谶@些現象，提出了兩種CO₂氣體檢測模式。第一種模式是閾值濃度檢測模式，其中隨著CO₂濃度達到閾值，氣體放電將消失。通過調節兩個放電電極之間的距離，可檢測的閾值濃度可以從1000到200,000 ppm調節。第二種檢測模式是連續檢測模式，利用放電頻率和放電電流隨CO₂濃度的連續變化來檢測氣體濃度，可以檢測比閾值濃度檢測模式更低的CO₂氣體濃度。

技術領域

本發明屬于微型傳感器技術領域，尤其涉及一種基于摩擦納米發電機誘導的氣體放電的自驅動CO₂氣敏傳感器及應用。

背景技術

目前檢測CO₂常用的方法有氧化物半導體式、光學式及電化學式等。這些方法普遍存在材料制備復雜、需外加電源及工作溫度高等問題，限制了其應用。自2012年以來，基于摩擦起電和靜電感應效應的耦合所提出的摩擦納米發電機是將各種機械能（如人的行走、風能、水波能等）轉化為電能的高效手段和方法。同時，摩擦納米發電機（TENG）也被用來制備各種各樣的自驅動傳感器。TENG具有高電壓、低電流和高阻抗的特性，在一定程度上限制了其發展。例如，TENG的高電壓容易引起氣體放電，限制了表面摩擦電荷密度的提高。但是，合理的利用TENG的高電壓，可以拓展TENG的應用范圍。常溫常壓下，每種氣體都有其獨特的放電特性，如擊穿電壓等。因此，可以基于TENG開發新型的自驅動氣敏傳感器。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于摩擦納米發電機誘導的氣體放電的自驅動CO₂氣敏傳感器及應用。

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，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。

優化的，所述自驅動CO₂氣敏傳感器還包括整流橋（整流橋不是必須使用，不使用的話依然可以進行二氧化碳氣敏檢測），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。

優化的，所述第一基板和第二基本均為絕緣材料，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。

優化的，所述放電探針的針尖和導電板之間的距離為1 μm到10 mm。