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专利号: 2018109782040
申请人: 河南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于摩擦纳米发电机诱导的气体放电的自驱动CO2气敏传感器,其特征在于,所述自驱动CO2气敏传感器包括摩擦纳米发电机、气体放电元件,气体放电元件放置于密封良好的反应瓶内,反应瓶内完全被气体填充,摩擦纳米发电机包括:第一基板:所述第一基板上表面固定设有第一摩擦层,所述第一摩擦层随着第一基板的旋转而旋转;

第二基板:所述第二基板下表面设有静止的第一电极层和第二电极层,第一、二电极层合称为第二摩擦层,所述第一摩擦层与第二摩擦层存在摩擦电序列的差别,并且所述第一摩擦层、第一电极层和第二电极层三者的形状相同;

气体放电元件包括:放电探针和与之垂直的导电板,所述放电探针通过导线和第一电极层或第二电极层相连,所述导电板通过导线与第二电极层或第一电极层相连。

2.根据权利要求1所述的基于摩擦纳米发电机诱导的气体放电的自驱动CO2气敏传感器,其特征在于,所述自驱动CO2气敏传感器还包括整流桥,所述放电探针和导电板分别通过两根导线与整流桥的负极和正极连接,整流桥的交流端分别通过导线和第一电极层和第二电极层相连。

3.根据权利要求1或2所述的基于摩擦纳米发电机诱导的气体放电的自驱动CO2气敏传感器,其特征在于,所述第一基板和第二基板均为绝缘材料,所述第一摩擦层为绝缘材料,所述第一电极、第二电极、放电探针和导电板采用导体或半导体材料。

4. 根据权利要求1或2所述的基于摩擦纳米发电机诱导的气体放电的自驱动CO2气敏传感器,其特征在于,所述放电探针的针尖和导电板之间的距离为1 μm到10 mm。

5. 根据权利要求1或2所述的基于摩擦纳米发电机诱导的气体放电的自驱动CO2气敏传感器,其特征在于,所述第一摩擦层和第一、第二电极层的厚度范围为100 nm-5 mm。

6. 根据权利要求1或2所述的基于摩擦纳米发电机诱导的气体放电的自驱动CO2气敏传感器,其特征在于,第一基板和第二基板的材质为聚甲基丙烯酸甲酯,第一摩擦层为PTFE薄膜,第二摩擦层为Cu膜,第一摩擦层由两个90°扇形或两个直角等边三角形组成,所述两个

90°扇形或两个直角等边三角形呈中心对称设置,放电探针为曲率半径5 μm的钨针,导电板为不锈钢板。

7.权利要求1所述的基于摩擦纳米发电机诱导的气体放电的自驱动CO2气敏传感器的检测方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)常温常压下,用纯度为99.99%以上的N2将反应瓶中的空气完全排除,分别充入CO2、O2、空气、N2并密封反应瓶,使反应瓶内气体压力等于大气压,通过电动马达带动第一基板旋转,第一摩擦层相对于所述第一、二电极层做周期性转动,两个电极层之间产生电势差,即放电探针和导电板之间产生电势差,当放电探针的尖端和导电板之间的电势差达到气体放电的阈值电压时,产生的等离子体可以桥接两个放电电极,进而摩擦纳米发电机产生电输出,每一种气体分别进行交流、正电压和负电压气体放电测试;

(2)通过三维移动平台精确调控钨针和不锈钢板之间的距离d,得到每种气体在交流、正电压和负电压下气体放电的最大电极距离dmax。

8.权利要求1或2所述的基于摩擦纳米发电机诱导的气体放电的自驱动CO2气敏传感器在检测气体中CO2浓度的应用。

9.根据权利要求8所述的基于摩擦纳米发电机诱导的气体放电的自驱动CO2气敏传感器在检测气体中CO2浓度的应用,其特征在于,所述气体为空气或N2。