[发明专利]基于柔性非对称薄膜的气体流向和流速的检测装置

说明书

本发明公开了基于柔性非对称薄膜的气体流向和流速的检测装置。所述柔性非对称薄膜正面为蜂窝状多孔结构，反面为平面结构；并给出了柔性非对称薄膜的制备方法。所述检测装置包括柔性非对称薄膜；所述柔性非对称薄膜的正面与带叉指电极的第一柔性薄膜相对放置；所述柔性非对称薄膜的反面与第二柔性薄膜相对放置；所述叉指电极位于柔性非对称薄膜的正面和第一柔性薄膜之间；所述叉指电极的两端分别与第一导线和第二导线连接。本发明的气体流向和流速的检测装置测试气体流速和流向的原理与现有传感器不同，利用非对称薄膜形变方向和形变量所引起的电阻变化，测量气体的流向和流速；利用同一装置可以同时实现流向和流速测定。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，具体涉及基于柔性非对称薄膜的气体流向和流速的检测装置。

背景技术

气体流速的检测涉及于人们日常生活、生产中的各个方面。现有的气流检测装置一般用于固定方向的流速检测，能判断气流流向和流速的装置鲜有报道；并且气流检测装置一般基于比较复杂的机械结构和压电材料，导致了高昂的应用成本，以及有限的适用范围，对低流速的气体不敏感，也不能检测气流的方向。所以，现在亟需使用成本低，能够检测低流速气体并能判断气体流动方向的检测装置。

不对称膜是指膜的化学结构或物理结构随膜的部位而异的薄膜。非对称薄膜是不对称膜的一种，即膜的两面具有不同的化学结构或物理结构。现有的非对称薄膜一般用于反渗透或超滤，还未见柔性非对称薄膜用于气体流速和流向检测的报道。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的是提供基于柔性非对称薄膜的气体流向和流速的检测装置。本发明的检测装置测试气体流速和流向的原理与现有传感器不同，利用柔性非对称薄膜形变方向和形变量所引起的电阻变化，不仅可以测量气体的流速，还能判断气体的流向。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种柔性非对称薄膜，所述薄膜的正面为蜂窝状多孔结构，反面为平面结构；所述蜂窝状多孔结构中孔的直径为亚微米级，孔的深度为微米级，孔的密度为18～22个/μm²。

本发明的第二方面，提供柔性非对称薄膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)原料混合：将导电材料分散于第一DMF溶液得到A溶液，将骨架材料溶于第二DMF溶液得到B溶液，将A溶液与B溶液混合均匀得到黑色浆料；

(2)制备ZnO纳米棒阵列模板：在衬底板上旋涂ZnO种子液，退火后得到ZnO种子层，将ZnO种子层置于硝酸锌和六甲基四胺的混合液中保温，得到ZnO纳米棒阵列模板；

(3)倒模：将步骤(1)得到的黑色浆料涂敷在步骤(2)得到的ZnO纳米棒阵列模板上，黑色浆料固化后用稀盐酸腐蚀掉ZnO纳米棒阵列模板，再将衬底板分离，得到柔性非对称薄膜。

优选的，步骤(1)中，所述导电材料为导电单体或导电聚合物，所述骨架材料为PMMA或PVDF。更为优选的，所述导电材料为碳纳米管。

优选的，步骤(1)中，所述导电材料与第一DMF溶液的加入量的比值为2mg:1mL；所述骨架材料与第二DMF溶液的加入量的比值为0.2g:1mL；所述A溶液与B溶液的体积比为1:10。

优选的，步骤(2)中，所述衬底板为FTO玻璃板；所述退火的温度为350～550℃，退火时间为30min；所述保温的温度为90℃，时间为6h。

本发明的第三方面，提供柔性非对称薄膜在制备气体流向和流速的检测装置中的用途。

本发明的第四方面，提供一种气体流向和流速的检测装置，所述检测装置包括柔性非对称薄膜；所述柔性非对称薄膜的正面与带叉指电极的第一柔性薄膜相对放置；所述柔性非对称薄膜的反面与第二柔性薄膜相对放置；所述叉指电极位于柔性非对称薄膜的正面和第一柔性薄膜之间；所述叉指电极的两端分别与第一导线和第二导线连接。