[发明专利]一种双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度监测分析系统及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及湿度检测技术领域，特别涉及一种双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度监测分析系统及其制备方法及应用。所述系统包括双发式摩擦纳米发电机、微型湿度传感器、数据分析APP和WIFI数据传输模块；湿度传感器包括基底，设于基底上端面的湿度敏感材料，两个分别设于湿度敏感材料两端的传感器金属电极；双发式摩擦纳米发电机由支撑板、泡沫双面胶填充层、发电机金属电极、氟化乙烯丙烯共聚物薄膜发电层；本发明提出的这种微型湿度传感器具有更高的灵敏度、更快的响应速度和更好的响应线性度，并通过FEP‑Cu双发式摩擦纳米发电机将环境中的机械能转化为电能，不需要电池供电，避免传感器对电池电源的依赖。

技术领域

本发明涉及湿度检测技术领域，特别涉及一种双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度监测分析系统及其制备方法与应用。

背景技术

湿度通常是指大气中水汽的含量。人们的生活和工农业生产，以及动植物的生长和生存方面，都与周围的环境湿度有着密切的关系。随着物质生活水平的不断提高，越来越多的人开始注重对周围环境状况的了解及关注自己的健康状况，包括温度，湿度，PM2.5等等指标。空气湿度与人体健康关系的研究报道指出相对湿度为30％RH-70％RH对人体是最为合适的，空气过于干燥，机体水分蒸发快，可导致呼吸道粘膜干燥、口渴等症状；湿度过大时，人体中的松果激素的分泌会增大，这会导致体内甲状腺素及肾上腺素的浓度相对降低，直接影响人们的精神状态。随着科学技术的发展，传统的湿度检测方法已无法满足现代工农业生产中高精度湿度监控的要求。针对湿度检测的新技术、新材料、新仪器的研究一直是一个热点，力求具备响应速度快、灵敏度高、成本低廉、微型化与智能化的现代化检测特点，以提高人类生活质量和保障工农业生产的顺利进行。

随着微电子技术的发展，一种基于微机电系统(MEMS)的微型湿度传感器逐步发展。它的成本低、功耗极低、体积小，为实现便携式湿度检测带来希望，以期满足日常检测的需求。敏感材料是微型湿度传感器的核心，也是现阶段此类传感器走向实用化的瓶颈。基于传统敏感材料的微型传感器对湿度的响应速度较慢、整体响应线性度不高。随着人们对环境舒适度和身体异常状况的及时预知需求的提高，目前微型湿度传感器的性能渐渐无法满足需求。电源技术是微型湿度检测系统面临的另一个难题。相比传感器不断向高集成度、可穿戴等方向快速发展，电源技术的发展远远滞后。微型传感器不得不配备一个比它体积大得多的普通电池电源，大大降低传感器微型化的意义，使湿度检测系统难以实现整体的微型化。

因此需要探索一种新的自驱动、高性能微型湿度传感器来解决当前存在的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，利用FEP-Cu双发式摩擦纳米发电机的摩擦电特性，及多孔活性炭修饰的膜状壳聚糖敏感材料的湿度传感特性，将环境中的机械能转化为电能，进而驱动高性能微型湿度传感器进行检测，得到一种双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度监测分析系统及其制备方法与应用。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度监测分析系统，所述系统包括双发式摩擦纳米发电机、微型湿度传感器、数据分析APP和WIFI数据传输模块；

所述湿度传感器包括基底，设于基底上端面的湿度敏感材料，两个分别设于湿度敏感材料两端的传感器金属电极；

所述双发式摩擦纳米发电机由外至内依次对称分布有两个支撑板、两个海绵双面胶填充层和两个发电机金属电极，所述两个发电机金属电极上分别固定有氟化乙烯丙烯共聚物薄膜发电层，所述两个氟化乙烯丙烯共聚物薄膜发电层的中间部位还由内至外对称分布有一个支撑板，两个海绵双面胶填充层和两个发电机金属电极；

所述湿度传感器与一定值电阻串联，所述双发式摩擦纳米发电机与湿度传感器通过整流稳压电路模块相连。

进一步的，所述双发式摩擦纳米发电机在往复运动过程中可两次产生脉冲电压。