一种风力摩擦纳米发电机驱动的NO2气体监测系统及其制备方法及应用与流程

技术特征：
1.一种风力摩擦纳米发电机驱动的no2气体监测系统，其特征在于：所述系统包括二氧化氮气体传感器，以及为气体传感器提供电源的风力摩擦纳米发电机；所述二氧化氮气体传感器包括基底，设于基底上端面的气体敏感材料，两个分别设于气体敏感材料两端的传感器金属电极；所述风力摩擦纳米发电机包括聚全氟乙丙烯发电层，由内至外依次对称分布于聚全氟乙丙烯发电层两侧的两个聚乙烯醇/银发电层，两个发电机金属电极和两个支撑板；所述两个发电机金属电极与所述传感器金属电极相连；所述气体敏感材料为wo3纳米纤维掺杂修饰的ti3c2t
x mxene纳米复合薄膜。2.根据权利要求1所述的风力摩擦纳米发电机驱动的no2气体监测系统，其特征是：所述风力摩擦纳米发电机的正极性发电层材料为聚乙烯醇/银，负极性发电层材料为聚全氟乙丙烯。3.根据权利要求1所述的风力摩擦纳米发电机驱动的no2气体监测系统，其特征是：所述wo3纳米纤维的直径为300纳米，所述ti3c2t
x mxene的横向尺寸为2微米。4.根据权利要求1所述的风力摩擦纳米发电机驱动的no2气体监测系统，其特征是：所述发电机金属电极的材料为al、cu和ag中的一种，所述传感器金属电极的材料为au、ag、cu、al和ni中的一种，所述传感器金属电极的厚度为20纳米，所述发电机金属电极的厚度为60微米。5.根据权利要求1所述的风力摩擦纳米发电机驱动的no2气体监测系统，其特征是：所述支撑板材料为亚克力板或聚氯乙烯中的一种，厚度为1毫米，所述基底为硅、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚酰亚胺中的一种，厚度为100
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500微米。6.根据权利要求1所述的风力摩擦纳米发电机驱动的no2气体监测系统，其特征是：还包括labview上位机显示系统；优选的，所述二氧化氮气体传感器与一定值电阻串联，所述风力摩擦纳米发电机的输出电信号经过整流稳压以后以固定直流电压给二氧化氮气体传感器和电阻供电，所述固定直流电压值为36v；优选的，所述风力摩擦纳米发电机在工作过程中可两次产生脉冲电压；优选的，所述发电机金属电极通过整流稳压电路模块与传感器金属电极相连。7.根据权利要求1所述的风力摩擦纳米发电机驱动的no2气体监测系统，其特征是，所述气体敏感材料wo3‑
mxene的二氧化氮气体传感原理为：wo3是一种以电子为主要载流子的n型半导体材料，wo3暴露在空气中时，空气中o2的氧分子被吸附在wo3的表面，并通过捕获导带上的电子而转化为化学吸附氧阴离子o2‑
；wo3传感器暴露于氧化性气体no2中时，由于no2的电子亲和度比氧气高，no2分子进一步从wo3导带捕获电子，导致传感器电阻增加，同时由于mxene具有金属导电性，这导致了在mxene和wo3界面上形成肖特基结；当引入no2气体时，电子从导带中被捕获，这将导致电子累积层变薄，传感器电阻上升，从而提高传感器的响应；由于mxene具有优异的金属导电性，在气体吸附过程中还可以作为电荷传导层、宿主层和运输层，加速了电子传递，大大提高了气体的吸附和解吸速率。8.一种制备权利要求1
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7任一项所述的风力摩擦纳米发电机驱动的no2气体监测系统的方法，其特征是：
(1)制备二氧化氮气体传感器(1
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1)制备wo3‑
mxene敏感材料；(1
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2)将wo3‑
mxene敏感材料附着于基底表面，并将传感器金属电极设于气体敏感材料的两端；(2)制备风力摩擦纳米发电机铜箔胶带被贴在两块支撑板的表面，同时从铜箔的表面引出导线，在铜箔的表面利用静电纺丝技术制备pva/ag纳米纤维薄膜，然后固定在长方体管状物的上下对称位置，再将fep薄膜的一端固定在长方体管状物开口处的一端，另一端不固定，使其在风力作用下可上下浮动接触上下电极，fep膜的表面用纳米级砂纸打磨以提高其表面粗糙度，提高风力摩擦纳米发电机的输出性能；(3)连接二氧化氮气体传感器和风力摩擦纳米发电机二氧化氮气体传感器与一个定值电阻串联，风力摩擦纳米发电机与微型二氧化氮气体传感器通过整流稳压电路模块相连。9.根据权利要求8所述的风力摩擦纳米发电机驱动的no2气体监测系统的制备方法，其特征是，具体的制备方法为：(1)制备二氧化氮气体传感器(1
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1)制备wo3‑
mxene敏感材料；wo3纳米纤维采用偏钨酸铵水合物与聚乙烯醇溶液混合后通过静电纺丝仪制备纳米纤维，再在管式炉中500℃环境下煅烧2小时制得；ti3c2t
x mxene采用盐酸、氟化锂和钛碳化铝在35℃下反应24小时制备；将mxene加入到wo3水溶液中，mxene与wo3的质量比为1:3，磁力搅拌1小时，得到wo3‑
mxene溶液；(1
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2)通过喷涂法将wo3‑
mxene敏感材料附着在pet基底表面，通过光刻、溅射、剥离在pet基底上表面、wo3‑
mxene敏感材料的两端加工ni/cr传感器金属电极；(2)制备风力摩擦纳米发电机铜箔胶带被贴在两块支撑板的表面，同时从铜箔的表面引出导线，在铜箔的表面利用静电纺丝技术制备pva/ag纳米纤维薄膜，然后固定在长方体管状物的上下对称位置，再将fep薄膜的一端固定在长方体管状物开口处的一端，另一端不固定，使其在风力作用下可上下浮动接触上下电极，fep膜的表面用纳米级砂纸打磨以提高其表面粗糙度，提高风力摩擦纳米发电机的输出性能；(3)连接二氧化氮气体传感器和风力摩擦纳米发电机二氧化氮气体传感器与一个定值电阻串联，四个摩擦纳米发电机分别面向东南西北四个方向并与二氧化氮气体传感器通过整流稳压模块连接，然后接入单片机的adc数据采集口。10.一种权利要求1
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7任一项所述的风力摩擦纳米发电机驱动的no2气体监测系统的应用，所述气体检测系统根据权利要求8
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9任一项所述的方法制备，其特征在于：所述气体检测系统用于风向和二氧化氮气体浓度的同时监测，可以用于检测二氧化氮的气体浓度，判断二氧化氮气体扩散方位。

技术总结
本发明涉及二氧化氮气体检测技术领域，特别涉及一种风力摩擦纳米发电机驱动的NO2气体监测系统及其制备方法及应用。包括风动式摩擦纳米发电机、NO2气体传感器和LabVIEW上位机显示系统；风力摩擦纳米发电机结构为对称分布式布局：支撑板、金属电极、聚乙烯醇/银发电层、聚全氟乙丙烯发电层。二氧化氮气体传感器结构由上到下依次为气体敏感材料、传感器金属电极、传感器基底。气体敏感材料两端分别与传感器金属电极相连。本发明具有更高的灵敏度、更好的重复性能，具有优异的选择性和长期稳定性，并通过聚乙烯醇/银


技术研发人员：张冬至 王东岳 徐振原 李停停 宓倩
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：2021.08.13
技术公布日：2021/12/13