[发明专利]一种基于纳米摩擦发电机的主动式可视化湿度检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及自供能微系统领域，特别涉及一种基于纳米摩擦发电机的主动式可视化湿度检测系统。

背景技术

从上世纪九十年代物联网概念首次被提出以来，经过二十多年的发展，物联网已经成为人类社会发展的新型推动力，在社会、经济、科技和军事等各个领域发挥着重要作用。我国的物联网建设稍晚于国外，但从2009年“感知中国”的口号唱响开始，中国的物联网迎来了黄金发展阶段，及至2012年我国物联网产业市场规模达到了3650亿元，比2011年增长38.6%。但在这一巨大市场的背后，仍然存在各种各样的问题限制了物联网的快速发展，其中最为重要的一环就是传感器网络的供能问题。虽然物联网中传感器网所使用的各种微小型传感器尺寸非常小，甚至只有几十至几百微米，但每个传感节点都大量的传感器，而驱动这些数量众多的传感器需要耗费大量的能量。传统供能方式，如电池和电源等，虽能满足供能需求，但反复充电或更换电池使得成本急剧上升，且非常复杂繁琐。有线供能的方式，虽然可以持续供能，但在一些人迹罕至的地区或无法采用有线方式的地方，如人造器官心脏起搏器等，其弊端显而易见。而无线供能的方式，虽能解决上述问题，但其作用距离有线，且传输效率低，能源浪费非常严重。

因此，实现自供能的微传感器和系统变得尤为重要和迫切，它可以利用自身独特的发电机制，一方面为器件和系统供能，另一方面又可以实现对外部各种环境信号的感知、转换和表征，自成一体无需外部供能，具有非常广泛的应用前景。纳米摩擦发电机是利用得失电子能力不同的两种材料，在摩擦过程中产生感应电荷，进而分离后得到电能输出的新型纳米发电机，自2012年被首次提出后就得到了国内外广泛关注[Feng-Ru Fan,et al.Nano Energy,vol.1,pp.328,2012]。随后，基于纳米摩擦发电机的各种自供能系统也被开发出来，包括汞离子检测系统[Zong-Hong Lin,et al.Angewandte Chemie International Edition,vol.52,pp.5065,2013],电降解系统[Ya Yang，et al.ACS Nano,vol.7,pp.2808,2013]，生物传感系统[Ya Yang，et al.Energy Environ.Sci.,vol.6,pp.1744,2013]。但基于纳米摩擦发电机的自供能湿度检测系统未见报道。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明的目的在于提出一种基于纳米摩擦发电机的主动式可视化湿度检测系统，利用纳米摩擦发电机输出特性随环境湿度变化而变化的特性，通过控制电路采集变化的电信号，再通过显示单元进行湿度数值实时可视化显示。综上，本发明提出的一种基于纳米摩擦发电机的主动式可视化湿度检测系统，利用纳米摩擦发电机，既可实现系统自供能，又能实现环境湿度检测，其结构简单、成本低、可批量生产，无需外部供能，在物联网领域具有广阔的应用前景。

为了实现上述目的，本发明提出了如下技术方案：

一种基于纳米摩擦发电机的主动式可视化湿度检测系统，该系统包括：纳米摩擦发电机、控制电路和显示单元。

上述方案中，所述纳米摩擦发电机为利用摩擦生电原理所制备的纳米发电机，通常由两种得失电子能力不同的摩擦材料层及正负电极板组成；

所述控制电路为具有数据处理功能的单片机或集成电路芯片；

所述显示单元为具有数据指示或显示功能的仪表或数码管或液晶片等；

所述纳米摩擦发电机为控制电路和显示单元供能，以使其正常工作；

上述方案中，所述控制电路采集随湿度变化的纳米摩擦发电机输出电压信号，并进行运算处理，并对显示单元发出相应指令，控制显示单元进行相应湿度显示。

有益效果

1、本发明提出的一种基于纳米摩擦发电机的主动式可视化湿度检测系统，利用纳米摩擦发电机直接为整个系统供能，无需任何外界供能设备或装置，实现真正自供能独立系统，体积小、耗能低、结构简单，成本低廉，易于产业化。

2、本发明提出的一种基于纳米摩擦发电机的主动式可视化湿度检测系统，基于首次发现的纳米摩擦发电机输出性能随湿度变化的特性，创造性地提出了通过检测环境中纳米摩擦发电机输出，从而实现环境湿度检测的想法，并提出了完整的实时检测系统，属原创性发明。

附图说明

图1为本发明的一种基于纳米摩擦发电机的主动式可视化湿度检测系统的结构示意图；

图2为本发明的纳米摩擦发电机实物图；