[发明专利]一种自供能气体传感器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种自供能传感器及其制备方法，属于传感器技术领域。本发明结构其结构由下至上依次包括层叠的多孔基片、第一银纳米线薄膜、P型多孔导电聚合物、多孔热释电薄膜、N型多孔导电聚合物和第二银纳米线薄膜。本发明自供能传感器采用多孔热释电薄膜材料同时作为敏感单元和能量采集单元，避免了制备不同功能薄膜时各功能薄膜之间所存在的成膜工艺不匹配、成膜不均匀和相容性不好的问题；本发明器件结构设计合理，能够协同实现能量采集与产生气敏信号，使得器件结构高度集成且提高了气敏单元的灵敏度；此外，本发明制备工艺简单可控、成本低廉，在柔性电子器件具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种集气敏单元与能量储存单元于一体的自供能气体传感器及其制备方法。

背景技术

传感器一直以来都是应用广泛的电子器件，在人们的生产与生活中发挥着重要的作用。近年来，随着纳米科技的迅猛发展，器件的微型化已成为主流发展趋势，然而器件微型化也限制了供电设备的体积，而传统电池作为供电设备，小的体积也就意味着小的储电量，一旦电量耗尽，器件就失去了功能性，必须通过更换电池来维持其特定功能。而这一方面极大地限制了器件的使用寿命，另一方面，由于无线传感器网络大多长时间工作在无人值守状态，由于网络节点众多、分布区域广，且工作环境复杂，若采用更换电池的方式给节点补充能源，会造成由于能源补充不及时或者无法及时更换诸多分布较广的网络节点电池而引起系统无法正常工作，进而影响信息获取的可靠性。微型器件供电单元的续航能力在实际应用中是极为重要的，并且传感器的能量供给成为阻碍传感器网络发展及应用的瓶颈之一。

为了提高传感器的续航能力以及进一步满足高速发展的物联网及无线传感网络中传感器不间断工作的需求，除了降低功能器件的能耗之外，最根本的方法是实现传感器的能量自供。而传感器能量自供需要实现其能量捕获和储存，能量捕获的理念就要求传感器本身在工作时很容易收集周围环境中的能量，并且储存起来在需要时进行供给。为此，如何设计出一种能够有效捕捉周围环境能量并将环境能量转化为可用电能的传感器成为了本领域亟待解决的技术问题。另外，目前具有自供能特性的传感器，其能量采集和气敏单元均为分离器件，在同一个器件内部实现能量采集和气敏单元的集成也是亟待解决的问题，这对于自供能传感器的小型化和集成化具有重要的意义。

发明内容

本发明想要解决的技术问题是提供一种自供能传感器及其制备方法，本发明自供能传感器采用多孔热释电薄膜材料同时作为敏感单元和能量采集单元，通过捕获周围环境的热辐射实现能量自供，在高度集成的基础上兼具工艺简单可控、成本低廉。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

技术方案1：

一种自供能气体传感器，其特征在于，其结构由下至上依次层叠的包括：多孔基片、第一银纳米线薄膜、P型多孔导电聚合物、多孔热释电薄膜、N型多孔导电聚合物和第二银纳米线薄膜；所述多孔热释电薄膜的材料为聚偏二氟乙烯或者偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物。

进一步地，本技术方案中多孔基片的材料为多孔柔性氧化铟锡；

作为优选实施方式，本技术方案中多孔基片的厚度不大于0.5毫米；

作为优选实施方式，本技术方案中多孔基片的孔径大小不大于100纳米。

进一步地，本技术方案中多孔导电聚合物的材料优选为聚噻吩及其衍生物。

本技术方案中银纳米线薄膜可采用自组装法、LB膜法、旋涂法等任何合适的方法制备，根据本发明实施例，优先采用LB膜法制备，因为采用LB膜法制得的纳米线高度有序，增强纳米线薄膜的集流效果。

本技术方案中多孔导电聚合物薄膜采用原位沉积法制备；具体操作是将混合导电聚合物单体与氧化剂的聚合溶液采用旋涂法沉积在银纳米线薄膜表面，通过控制溶剂挥发速度来获得多孔导电聚合物薄膜。