[发明专利]一种外力触发式响应增强型自供能气体传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种外力触发式响应增强型自供能气体传感器，包括设置在测试腔内的气敏元件、为气敏元件供能的摩擦纳米发电装置以及用于输出气敏元件电学参数变化的检测电路，所述测试腔上设置有进气口和出气口供检测气体通入和排出，其特征在于：所述气体传感器还包括整流装置和紫外光源，所述紫外光源正对气敏元件设置，所述整流装置的输入端与摩擦纳米发电装置的输出端相连使得交变信号转换成单向输出信号，所述整流装置的输出端分别与气敏元件和紫外光源相连，使得紫外光源点亮并且经整流装置输出的单向输出信号在气敏元件上形成定向电场以增强紫外光辐射下的气敏效应；所述气敏元件使用电阻式叉指电极结构，具体为表面沉积气敏薄膜的叉指电极。

2.根据权利要求1所述的一种外力触发式响应增强型自供能气体传感器，其特征在于，所述气敏薄膜的材料为对目标气体敏感的有机聚合物、金属氧化物以及无机半导体氧化物中任意一种或者多种形成的复合材料，所述有机聚合物包括：聚氧化乙烯、聚乙烯亚胺、聚苯乙烯磺酸钠、聚苯胺和聚酰亚胺中任意一种或多种形成的复合材料；所述金属氧化物包括：SnO₂、γ-Fe₂O₃、α- Fe₂O₃和ZnO₂中任意一种或多种形成的复合材料，所述无机半导体氧化物包括GO。

3.根据权利要求1所述的一种外力触发式响应增强型自供能气体传感器，其特征在于，所述摩擦纳米发电装置包括第一摩擦部件和第二摩擦部件，第一摩擦部件和第二摩擦部件相互隔离，第一摩擦部件和第二摩擦部件均具有相对的第一表面和第二表面，第一摩擦部件和第二摩擦部件的第一表面具有不同摩擦电极序的摩擦层且面对面设置，第一摩擦部件和第二摩擦部件的第二表面分别具有第一导电电极和第二导电电极作为摩擦纳米发电装置的输出端。

4.根据权利要求3所述的一种外力触发式响应增强型自供能气体传感器，其特征在于，所述第一摩擦部件和第二摩擦部件通过绝缘支撑架相互隔离且相对设置。

5.根据权利要求3所述的一种外力触发式响应增强型自供能气体传感器，其特征在于，摩擦电极序较正的摩擦层包括：尼龙、聚酯、聚氨酯或氟化镁；摩擦电极序较负的摩擦层包括铁氟龙或聚氟乙烯。

6.权利要求1-5任一项所述的一种外力触发式响应增强型自供能气体传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A：制备接触-分离结构的摩擦纳米发电装置；

步骤B：制备气敏元件，并在气敏元件的正上方设置紫外光源；

步骤C：将摩擦纳米发电装置的输出端与整流装置相连使得经摩擦纳米发电装置输出的交变信号转换为单向输出信号，再将整流装置分别与紫外光源和气敏元件相连；所述气敏元件使用电阻式叉指电极结构，具体为表面沉积气敏薄膜的叉指电极。

7.根据权利要求6所述的一种外力触发式响应增强型自供能气体传感器的制备方法，其特征在于，制备接触-分离结构的摩擦纳米发电装置的具体操作如下：

A1：分别在两个柔性衬底的一个表面贴附摩擦电极序不同的摩擦层作为接触起电层；

A2：接着在柔性衬底贴附有摩擦层的相对表面沉积金属薄膜作为导电电极；

A3：采用绝缘支撑架将经步骤A2制得的两个柔性衬底相互隔离且使其摩擦层面对面设置，使得所述摩擦层在外力作用下形成接触-分离循环而产生感应电荷。

8.根据权利要求6所述的一种外力触发式响应增强型自供能气体传感器的制备方法，其特征在于，制备气敏元件的具体操作如下：

B1：采用光刻、溅射和剥离工艺在基板上制作叉指电极；

B2：采用薄膜制备技术将气敏材料沉积所述叉指电极表面即制得气敏元件。

9.根据权利要求8所述的一种外力触发式响应增强型自供能气体传感器的制备方法，其特征在于，所述气敏材料为对目标气体敏感的有机聚合物、金属氧化物以及无机半导体氧化物中任意一种或者多种形成的复合材料，所述有机聚合物包括：聚氧化乙烯、聚乙烯亚胺、聚苯乙烯磺酸钠、聚苯胺和聚酰亚胺中任意一种或多种形成的复合材料；所述金属氧化物包括：SnO₂、γ-Fe₂O₃、α- Fe₂O₃和ZnO₂中任意一种或多种形成的复合材料，所述无机半导体氧化物包括GO。