[发明专利]一种以rGO/In2

说明书

本发明涉及一种以还原氧化石墨烯掺杂的氧化铟材料rGO/In2O3为电极材料的自发电气体传感器，是以摩擦纳米发电机为基础，结构包括发电模块、电极材料层、传感膜、外部测试电路。聚合物传感膜通过旋涂法附着一层rGO/In2O3电极材料层，且电极材料rGO/In2O3层直接作为传感膜。同时电极上表层有引线与外部测试电路相连。本传感器工作时，通过测量发电模块的开路电压或短路电流对气体进行传感，还原性气体存在时传感器的开路电压和短路电流会升高，氧化性气体存在时传感器的开路电压和短路电流会降低。本发明实现了自供电的多种气体定性定量检测，可以实现长时间无外加电源的气体检测与预警，对于本技术领域具有重要的实践和研究价值。

技术领域

本发明属于气体传感器技术领域，具体地涉及室温半导体材料作为电极和传感膜的自供电气体传感器。

背景技术

随着人们生活质量的提高，对工业生产以及生活条件的要求越来越高，人们对气体传感器的需求也越来越大。气体传感器的研发，尤其是有毒有害气体传感器的研究更是得到迅猛发展。苯胺是一种工业应用广泛的有毒气体，主要应用于有机化工厂、焦化厂及石油冶炼厂，短时间接触会引起高铁血红蛋白血症和肝、肾及皮肤损害，而长期低浓度接触可引起中毒性肝病。二氧化氮(NO₂)是一种棕红色、高度活性的气态物质，主要来自高温燃烧过程的释放，比如机动车尾气、锅炉废气的排放等。大浓度吸入会损害呼吸道，同时对环境有危害，对水体、土壤和大气可造成污染，是酸雨的主要成分。因此实现对苯胺和二氧化氮等有毒有害气体的实时定性定量传感与检测有着极为重要的意义。

2012年王中林教授课题组成功研发世界首台摩擦发电机，能够直接将环境中的微弱机械能转化为电能，实现了无需外接电源就可以为多种小型电子器件提供电能的全新发电模式，并已经开发出了一些潜在应用系列产品的雏形依据。例如我们最关心的自驱动传感。

目前自供电传感器大概分为两类，一类是以纳米发电机作为电源，驱动一个电学传感系统，而后检测对应传感信号，但整个传感系统需要储电模块、整流电路、电学传感器等辅助设施，制备复杂，且整体体积较大，不适合便携式应用。

而本发明则直接将电阻相对较低的室温半导体传感材料与电极材料集成于一体，将制备了结构简单、价格低廉的摩擦纳米发电机应用于自供电传感器，检测其发电信号的变化。摩擦纳米发电机内主要组成部分为：聚合物薄膜表层沉积的电极材料层直接作为传感膜，气体通过时，电子传输性能会发生变化，进而引起发电信号的改变。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自供电的可以实时定性定量检测苯胺、二氧化氮等气体的传感器，该器件无需外接电源，对长时间监测室内外气体环境有极为重要的意义。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种以rGO/In2O3为电极材料的自发电气体传感器，由发电模块、以还原氧化石墨烯掺杂的氧化铟材料rGO/In2O3为电极材料的半导体电极、外部测试电路组成：发电模块(4)在负责供电的同时可用于气体的传感，其特征为：发电模块(4)包括矩形多孔聚合物薄膜(1)和矩形一侧表面带有金属层的PET膜(3)，多孔聚合物薄膜 (1)和PET膜(3)的长度相等，PET膜(3)的宽度大于多孔聚合物薄膜(1)；rGO/In2O3电极层(2)旋涂沉积于多孔聚合物薄膜(1) 的一侧表面上，其和带有金属层的PET膜(3)通过卡普顿胶带固定在一起，使rGO/In2O3电极层与PET膜上金属电极层相对，使两矩形膜长度相等的两边边缘位置重叠，PET层因宽度尺寸及胶带的限制作用自然卷起或弯曲成弧面，机械组装成具有一定弧形的发电模块；金属涂层的PET膜(3)的金属层及rGO/In2O3电极层(2)的表层均通过其上设有的引线与外部测试电路(5)相连，引线通过导电胶与电极层和金属层紧密结合。本传感器工作时，通过测量发电模块的开路电压或短路电流对苯胺和二氧化氮进行传感，氧化性气体存在时传感器的开路电压和短路电流会降低，还原性气体存在时传感器的开路电压和短路电流会升高。