流体摩擦纳米传感器、传感网络及流体检测系统技术方案

技术编号:14738635 阅读:14 留言:0更新日期:2017-03-01 12:16
本发明专利技术涉及摩擦发电技术领域,公开了一种流体摩擦纳米传感器、传感网络及流体检测系统,所述流体摩擦纳米传感器包括:第一部件,设置于腔体的内壁上,所述第一部件包括:第一摩擦层,用于在所述腔体内的流体流过所述第一摩擦层表面时,所述第一摩擦层上产生表征流体参数的摩擦电荷;第一电极层,贴合所述第一摩擦层设置,用于当所述第一摩擦层表面产生摩擦电荷时,所述第一电极层对应位置处产生感应电荷。本发明专利技术流体摩擦纳米传感器可无需外接电源即可实现对流体参数的检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及摩擦发电
,具体地,涉及一种流体摩擦纳米传感器、传感网络及流体检测系统
技术介绍
目前,基于声波、静电电容、热效应、微波等原理的微流体流速检测与成份分析的传感器,已经取得了一些研究成果,但是大多数传感器工作原理以及制作工艺复杂,集成度低,而且需要外接电源供电,一旦外接电源出现问题,则无法实现为流体的参数的检测,具有一定的局限性,适用性低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种流体摩擦纳米传感器、传感网络及流体检测系统,可无需外接电源即可实现对流体参数的检测。为了实现上述目的,本专利技术提供一种流体摩擦纳米传感器,流体摩擦纳米传感器包括:第一部件,设置于腔体的内壁上,所述第一部件包括:第一摩擦层,用于在所述腔体内的流体流过所述第一摩擦层表面时,所述第一摩擦层上产生表征流体参数的摩擦电荷;第一电极层,贴合所述第一摩擦层设置,用于当所述第一摩擦层表面产生摩擦电荷时,所述第一电极层上产生感应电荷。本专利技术流体摩擦纳米传感器通过在腔体内设置第一部件,在流体流过第一部件的第一摩擦层时,所述第一摩擦层上能够产生摩擦电荷,进而所述第一电极层对应位置处产生感应电荷,进一步获得电信号,以检测流体的参数,无需外接电源,即可实现为流体的检测。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术,但并不构成对本专利技术的限制。在附图中:图1是本专利技术流体摩擦纳米传感器实施例一的剖面示意图;图2是本专利技术流体摩擦纳米传感器实施例二的剖面示意图;图3a–图3c是图1或图2所示流体摩擦纳米传感器的工作原理图;图4是本专利技术流体摩擦纳米传感器中的纳米结构层;图5a-图5b是本专利技术流体摩擦纳米传感器输出的电信号的性能曲线图;图6是本专利技术流体摩擦纳米传感器输出电压和电流与速度的关系示意图;图7a是本专利技术流体摩擦纳米传感器检测流体温度时输出的电压信号与流体温度的对应曲线;图7b是本专利技术流体摩擦纳米传感器检测流体浓度时输出的电压信号与流体浓度的对应曲线;图7c是本专利技术流体摩擦纳米传感器检测离子浓度时输出的电压信号与离子浓度的对应曲线;图8是本专利技术流体摩擦纳米传感器另一结构的剖面图;图9是本专利技术流体摩擦纳米传感网络的结构示意图;图10本专利技术流体检测系统的一实施例。附图标记说明1第一部件11第一摩擦层12第一电极层2腔体21内壁3第二部件31第二摩擦层32第二电极层4流体51-57流体摩擦纳米传感器61第一入口62第二入口具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术,并不用于限制本专利技术。本专利技术中提到的方向用语,例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等,仅是参考附图的方向。因此,使用的方向用语是用来说明并非用来限制本专利技术的保护范围。如图1和图2所示,本专利技术流体摩擦纳米传感器包括第一部件1,设置于腔体2的内壁21上,所述第一部件1包括:第一摩擦层11,用于在所述腔体2内的流体4流过所述第一摩擦层11表面时,所述第一摩擦层11上产生表征流体参数的摩擦电荷;第一电极层12,贴合所述第一摩擦层11设置,用于当所述第一摩擦层11表面产生摩擦电荷时,所述第一电极层12上产生感应电荷。本专利技术流体摩擦纳米传感器通过在腔体的内壁上设置第一部件,使得在流体流过第一部件的第一摩擦层11时,第一摩擦层11上产生摩擦电荷,第一电极层12产生感应电荷,进而获得电信号,以确定流体的参数,检测迅速、准确度高;此外,本专利技术无需外接电源,即可实现对流体的检测,结构简单、成本低。本专利技术流体摩擦纳米传感器通过设置第一部件1可形成单电极发电机,即:第一电极层12与地电位(或者等电位)连接,在流体流过第一摩擦层11时,第一电极层12与地之间产生一组交流电信号,根据所述电信号的强度可确定流体的参数。其中,所述流体的参数包括流体的流速、温度、极性以及离子浓度等中至少一者。如图3a-图3c所示,本专利技术流体摩擦纳米传感器的工作原理为:当流体4未流经本专利技术流体摩擦纳米传感器之前,没有信号输出(如图3a所示);当流体4开始流经第一部件1的第一摩擦层11表面时,第一摩擦层11上产生摩擦电荷(如图3b所示),在摩擦感应电荷的作用下,第一电极层12的摩擦电势越来越高,电子不断地从第一电极层12流向地,最终达到如图3c所示的平衡。在本专利技术流体摩擦纳米传感器的第一电极层上产生感应电荷时,有对应的电信号输出:图5a所示为流体流过本专利技术流体摩擦纳米传感器时的电流输出曲线,图5b为流体流过本专利技术流体摩擦纳米传感器时的电压输出曲线。由于摩擦电荷和/或感应电荷与流体的流动速度有关,因此本专利技术输出的电压或电流的幅值随着流体的流动速度而改变。如图6所示,速度越快输出电压和/或电流信号的幅值越大。因此,本专利技术流体摩擦纳米传感器可以用于感测流速的相关参数,例如流体的流速、位置、温度等。当不同流体以同一流动速度(例如20ml/hr)流过所述流体摩擦纳米传感器时,输出的电压幅值会随着流体的温度的变化而变化(如图7a所示);当配有不同浓度比例的液体(例如酒精溶液),以相同的流动速度(例如50ml/hr)流过所述流体摩擦纳米传感器时,输出的电压幅值会随着溶度的变化而变化(如图7b所示);当不同离子浓度(例如金离子Au3+)以相同的流动速度(例如5ml/hr)流过所述流体摩擦纳米传感器时,输出的电压幅值会随着离子浓度的变化而变化(如图7c所示)。此外,所述第一部件1还包括第一基底层(图中未示出),设置在所述腔体2的内壁21上,所述第一基底层与所述第一电极层12贴合,用于支撑所述第一电极层12和第一摩擦层11。其中,所述第一基底层由可进行图形化的绝缘材料制成,所述绝缘材料可为聚合物、塑料、硅、玻璃石英等。进一步的,所述第一基底层的厚度一般为0.001-100mm。如图8所示,本专利技术流体摩擦纳米传感器还包括第二部件3,与所述第一部件1间隔设置在所述腔体2的内壁21上,从而形成双电极发电机。在本实施例中,所述第一部件1和第二部件3正对设置在所述腔体2的内壁21上,但并不以此为限。其中,所述第二部件3包括第二摩擦层31,用于在所述腔体2内的流体4流过所述第二摩擦层31表面时,所述第二摩擦层31上产生表征流体参数的摩擦电荷;以及第二电极层32,贴合所述第二摩擦层31设置,用于当所述第二摩擦层31表面产生摩擦电荷时,所述第二电极层32上产生感应电荷,所述第一电极层12与第二电极层32之间形成电势差。所述第一摩擦层11和/或第二摩擦层31的表面具有疏水层或者由疏水的绝缘材料制成。其中,所述第一摩擦层11和第二摩擦层31的接触面的材料之间具有摩擦电极序差异。为提高电信号的输出性能,所述第一摩擦层11(如图4所示)和/或第二摩擦层31与液体的接触面具有微纳米结构层。优选方案,所述第一摩擦层11和第二摩擦层31的形状和尺寸相同,所述第一电极层12和第二电极层32的形状和尺寸相同。所述第一电极层12和/或第二电极层32的厚度为至1mm。此外,所述第二部件3还包括第二基底层(图中未示出),设置在所述腔体本文档来自技高网...
流体摩擦纳米传感器、传感网络及流体检测系统

【技术保护点】
一种流体摩擦纳米传感器,其特征在于,所述流体摩擦纳米传感器包括:第一部件,设置于腔体的内壁上,所述第一部件包括:第一摩擦层,用于在所述腔体内的流体流过所述第一摩擦层表面时,所述第一摩擦层上产生表征流体参数的摩擦电荷;第一电极层,贴合所述第一摩擦层设置,用于当所述第一摩擦层表面产生摩擦电荷时,所述第一电极层上产生感应电荷。

【技术特征摘要】
1.一种流体摩擦纳米传感器,其特征在于,所述流体摩擦纳米传感器包括:第一部件,设置于腔体的内壁上,所述第一部件包括:第一摩擦层,用于在所述腔体内的流体流过所述第一摩擦层表面时,所述第一摩擦层上产生表征流体参数的摩擦电荷;第一电极层,贴合所述第一摩擦层设置,用于当所述第一摩擦层表面产生摩擦电荷时,所述第一电极层上产生感应电荷。2.根据权利要求1所述的流体摩擦纳米传感器,其特征在于,所述第一部件还包括:第一基底层,设置在所述腔体的内壁上,并与所述第一电极层贴合,用于支撑所述第一电极层和第一摩擦层。3.根据权利要求2所述的流体摩擦纳米传感器,其特征在于,所述第一基底层由绝缘材料制成。4.根据权利要求1-3任一项所述的流体摩擦纳米传感器,其特征在于,所述第一电极层连接至等电位或者地电位。5.根据权利要求1-3中任一项所述的流体摩擦纳米传感器,其特征在于,所述流体摩擦纳米传感器还包括:第二部件,与所述第一部件间隔设置在所述腔体的内壁上,所述第二部件包括:第二摩擦层,用于在所述腔体内的流体流过所述第二摩擦层表面时,所述第二摩擦层上产生表征流体参数的摩擦电荷;以及第二电极层,贴合所述第二摩擦层设置,用于当所述第二摩擦层表面产生摩擦电荷时,所述第二电极层上产生感应电荷,所述第一电极层与第二电极层之间形成电势差。6.根据权利要求5所述的流体摩擦纳米传感器,其特征在于,所述第一摩擦层和第二摩擦层的接触面的材料之间具有摩擦电极序差异。7.根据权利要求5或6所述的流体摩擦纳米传感器,...

【专利技术属性】
技术研发人员:王中林李修函叶旻鑫林宗宏郭恒宇杨博康王杰王思泓
申请(专利权)人:北京纳米能源与系统研究所
类型:发明
国别省市:北京;11

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