[發明專利]自供能汽車尾氣傳感器與方法

有效

• 申請號: 202010072203.7
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111245081B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 蘇元捷;龔祺琛;謝光忠;姚明亮;陳春旭;衣錦揚;賈礫;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: H02J7/32
• 分類號: H02J7/32;H02N1/04;G01N27/00
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡

本發明提供一種自供能汽車尾氣傳感器及其制備方法、以及汽車尾氣收集的方法，包括：支撐框架、鐵電摩擦電耦合功能薄膜、金屬電極，鐵電摩擦電耦合功能薄膜包括從上到下堆疊在一起的負性摩擦起電層、鐵電復合材料層、正性摩擦起電層，汽車尾氣從鐵電摩擦電耦合功能薄膜和金屬電極之間的間隙進入，鐵電摩擦電耦合功能薄膜的活動端在氣流沖擊下上下擺動，與上電極接觸摩擦或與下電極接觸摩擦。該傳感器制備過程簡單、結構新穎、成本低廉、實用性高。

技術領域

本發明涉及能量收集技術、微電子機械系統(MEMS)、電子聚合物功能材料領域，具體涉及一種自供能汽車尾氣傳感器與制備方法、汽車尾氣收集的方法。

背景技術

隨著汽車持有量的迅速增加，汽車尾氣排放正成為城市大氣污染的重要來源之一。當前研究顯示，汽車尾氣中的NO₂轉變為NHO₃后對眼睛產生刺激，而人體急性反應最敏感的指標之一是急性眼刺激。人體的呼吸系統是最直接與汽車尾氣接觸的器官，長期接觸汽車尾氣會使得呼吸系統免疫力降低，隨之而來的是支氣管炎、慢性氣管炎等相關疾病的發作。此外汽車尾氣對人體的免疫系統、生殖系統均有不良影響，更有學者認為汽車尾氣具有致癌的效應。

城市空氣中二氧化氮的排放源主要是化石燃料的燃燒，其中2/3來源于汽車尾氣的排放，1/3來自工業廢氣的排放。此外，二氧化氮是生成臭氧光化學反應的主要前體物，可以經過一系列的光化學反應生成硝酸鹽氣溶膠，導致酸沉降、城市能見度下降，出現灰霾現象等。這些二次污染甚至超過二氧化氮本身對人體和環境的危害。重慶市環境檢測中心的監測數據表明，近5年重慶市區的二氧化氮濃度總體呈上升趨勢，空間分布呈交通干線和城市中心區域二氧化氮濃度相對偏高的分布特性。因此，二氧化氮的檢測對人員生命安全和城市污染治理均具有非常重大的意義。

隨著物聯網的高速發展，傳感器網絡在軍事、海洋監控、環境監測、工業生產以及公眾生活得到了廣泛的應用。目前，傳感器網絡中大多數的傳感器都以電池供給能量，需要維護人員定期的更換電池和維護以保證網絡的持續運行，對于布設在危險地帶和極端環境中的傳感器節點而言，這不僅增加了運行成本而且威脅了維護人員的生命安全。另一方面，半導體氣體傳感器所用材料的氣敏特性多與溫度有關，且傳統氣體傳感器加熱單元功耗較大。同時，為了實現對混合氣體有效的檢測和辨別，往往將氣體傳感器組成陣列來提高傳感器的選擇性，這就導致整個節點的功耗非常大，僅僅依靠電池供電無法長期滿足此類傳感器節點工作的需求。因此，對設置于高危場所或偏遠地區的傳感器而言，實現長期穩定可靠的外部直接供電比較困難，通過自供能技術將環境中的能量轉化為電能，是解決無線傳感節點供電的一種理想方案。

目前常用的自供能氣體傳感器的供能機理主要是基于壓電效應、電磁感應、靜電效應、光伏效應等。其中基于壓電效應的自供能技術主要是利用壓電材料的電輸出作為電源和探測信號。吸附在壓電材料表面的氣體能改變材料內部的自由載流子濃度，從而實現通過外界應力調控壓電材料的輸出特性。雖然基于壓電效應的納米發電機和自供能探測技術已得到一定發展，但是其微小的電輸出信號、低下的能量轉換效率以及較窄的材料選擇面始終制約了該項技術的發展。

發明內容

本發明給出了一種自供能汽車尾氣傳感器與制備方法、汽車尾氣收集的方法。

為實現上述發明目的，本發明技術方案如下：

一種自供能汽車尾氣傳感器，包括：支撐框架3，支撐框架3內部設有鐵電摩擦電耦合功能薄膜2和金屬電極1，鐵電摩擦電耦合功能薄膜2的固定端21在支撐框架3內部一側與支撐結構4固定連接，鐵電摩擦電耦合功能薄膜2的活動端22與支撐框架3不連接，金屬電極1位于鐵電摩擦電耦合功能薄膜2上下兩側，金屬電極1用于摩擦起電和導電輸出，上下兩個金屬電極1均接地，支撐框架3頂部設有鐵塊5；