关键词：
自供能传感器
摩擦发电机
丙酮
壳聚糖
三氧化钨
摘要：
自供能气体传感器是新开发的一类传感器,因为其新型理念及多优势在工业、医疗及能源领域有着广阔的应用前景,其优点有自主供能、成本低、环境友好、材料来源广泛、稳定性好等。此外,基于摩擦电效应（摩擦起电和静电感应）的自供能气体传感器可以通过外界产生的大量摩擦电用于无需外加电源的集成气体检测设备,但是该类型的气体传感器仍处于前期探索和研究阶段。本文利用摩擦发电机原理设计制备了高性能的自供能气体传感器,使用壳聚糖、氨基化石墨烯、乙酸纤维素、WO3作为敏感材料对丙酮进行检测。以接触分离式摩擦发电机为基础设计制备了接触分离式自供能丙酮传感器,对其电流、电压、频率等性能进行了测试,选择合适的参数适用于传感器的测试。在实验中对比了纯壳聚糖膜与壳聚糖氨基化石墨烯膜对丙酮的响应,测试了不同质量比的影响、湿度响应、选择性及稳定性。在97.3%相对湿度空气下,所配制的壳聚糖与氨基化石墨烯体积溶液比为1:3、1:5的器件对10ppm丙酮响应较高达到70.36%、65.65%,为纯壳聚糖膜器件的5倍,表明在壳聚糖膜中氨基化石墨烯的量增加可提升对并对丙酮的响应。对壳聚糖氨基化石墨烯膜器件在不同湿度下进行测试,看出在湿度越大的情况下,对丙酮的响应越大。以单电极式摩擦发电机为基础设计制备了感应式自供能丙酮传感器,对其摩擦材料、电流电压、频率、距离进行测试,选择摩擦材料为聚四氟乙烯（PTFE）和尼龙。使用壳聚糖及壳聚糖氨基化石墨烯膜对丙酮进行了测试,在相同实验条件下壳聚糖膜对10ppm丙酮的响应度为4.25%,混合膜的响应度为27.89%。与接触分离式进行了对比响应度都要低。并对其进行稳定性测试,发现其稳定性要比接触分离式要好。制备了乙酸纤维素膜及乙酸纤维素基WO3膜,运用到感应式自供能丙酮传感器,以干燥空气为载气对丙酮进行测试,并测试了其厚度影响、选择性、稳定性。实验结果表明,乙酸纤维素基WO3膜对10ppm丙酮的响应为15.12%。对旋涂2、4、6层膜的器件进行对比,实验结果显示膜厚度越大响应越小。
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