[发明专利]一种基于水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器，其包括亲疏水自支撑多孔碳纳米膜、环氧树脂、碳纳米管导电电极和PH值显示表。由于不同PH值的雨水中H⁺离子的浓度不同，因此在碳纳米孔道出口处富集的H⁺离子浓度不同，形成不同的电势差和不同的输出电流大小，PH值越小H⁺离子浓度越高，电势差和输出电流越大，反之电势差和输出电流越小，由此PH值显示表使输出电流的大小与ph值一一对应，以实现自驱动雨滴PH值探测。该传感器无需外界电力或内部集成电池供电，通过蒸发过程自发主动地将PH值信息反映到输出电信号里，从而实现雨水PH值自驱动的实时监测与酸雨自驱动报警。

技术领域

本发明属于能量收集技术、传感器技术、碳纳米材料领域，具体涉及一种基于水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器及其制备方法。

背景技术

PH值小于5.6的雨雪或其他形式的降水即为酸雨。酸雨可以使土壤酸化，加速土壤中的矿物质营养元素流失，使土壤变得贫瘠，植物变得矮小瘦弱；酸雨会促进土壤中铝的释放，活性铝的增加会严重抑制树木的生长；酸雨还会诱发植物病虫害，抑制有益微生物的繁殖，降低酶活性，使农作物大幅度减产。酸雨可以腐蚀非金属建筑物，使建筑物表面水泥溶解，出现孔洞和裂纹，使建筑物变黑变脏，影响城市的美观；对于历史建筑物的保护，更是产生巨大的威胁。酸雨还会危害人体健康，使儿童免疫功能下降，慢性咽炎、支气管哮喘发病率增加等。

大自然中，酸雨来源于动植物腐化分解后的某些硫化物、火山爆发喷出的二氧化硫气体、森林火灾、闪电合成等。自然界中形成的酸雨仅占小部分，危害最大的是近年来的人工排放。煤、石油和天然气等化石燃料中都含有硫，燃烧后会产生大量的二氧化硫气体，还有石油的炼制产生的气体和汽车排除的尾气等，都会进入大气中，成为酸雨的来源。自七八十年代以来，我国对化石燃料的需求与日俱增，重工业生产过程中的废气和城市中汽车尾气的大量排放，都严重的污染着生态环境，使我国成为仅次于欧美的全球第三个主要酸雨地区，对酸雨的监测是维护生态环境中必不可少的一步措施。

一般的酸雨检测方法是人工采样或自动采样后，进行PH测定。需要人工采样或进行人工维护。然而，对于环境酸雨检测网络中数量庞大的传感器结点，若采用人工采样或人工进行电力维护，就显得不切实际。因此，有必要设计开发一种可以实时地从环境中获取能量来进行PH检测的器件，从而节省人力成本与运营成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种基于水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种基于水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器，包括亲疏水自支撑多孔碳纳米膜、环氧树脂3、碳纳米管导电电极4和PH值显示表5；

所述亲疏水自支撑多孔碳纳米膜的两端均具有所述碳纳米管导电电极4，两个导电电极之间连接所述PH值显示表5；

所述亲疏水自支撑多孔碳纳米膜具有亲水区2和疏水区1，由自支撑多孔碳纳米膜经过PFDTS稀溶液修饰而成，所述PFDTS稀溶液包括体积分数为10％的1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷(PFDTS)异丙醇溶液和质量分数为1％的冰醋酸，使用所述PFDTS稀溶液修饰所述自支撑多孔碳纳米膜的一侧，且修饰的区域占整个所述自支撑多孔碳纳米膜面积的1/5至1/3；

距离亲疏水交界处2mm-5mm外的亲水区2均涂覆有所述环氧树脂3，且所述环氧树脂3覆盖所述疏水区1和亲水区2上的导电电极。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，所述自支撑多孔碳纳米膜包括碳黑和玻璃微纤维6。

进一步的，所述碳纳米管导电电极4采用碳纳米管墨水制备。

进一步的，所述PH值显示表5由电压表或LED阵列改装制得。