[发明专利]基于蒸发诱导产电电池的无线盐度传感系统

说明书

本发明构建了一种基于蒸发诱导产电电池的无线盐度传感系统。本发明利用高带电材料科和定性滤纸制备了性能稳定的蒸发诱导产电电池，同时本发明首次利用蒸发诱导产电电池的产电电压与盐度的线性关系，构建了基于蒸发诱导产电电池的无线盐度传感系统，并首次利用Arduino的Analog Read功能，读取产其产生的变化电压，利用Arduino编写盐度预警程序，在该系统中当盐度超过3mol/L时蜂鸣器发出警报，当盐度在1‑2mol/L时LED灯被点亮。该系统的搭建拓宽了蒸发产电电池的应用领域，为蒸发产电电池的发展提供了新的发展方向。

技术领域

本发明涉及一种基于蒸发诱导产电电池的无线盐度传感系统设计。

背景技术

由于能源问题的日益严峻。对可持续绿色能源的利用探索显得尤为迫切，而蒸发诱导产电电池是近年来新兴的研究方向，由于水分子通过具有带电表面的材料形成的狭窄毛细管通道时，在毛细作用力和水蒸发的驱动下，毛细管通道内双电层(EDL)中带相反电荷的抗衡离子与水分子一起共同移动，从而导致电位差及产生电流。但其输出功率较低的，且能量转化效率也不高，目前单个蒸发驱动产电电池的输出功率一般为10^-8W至10^-3W，其远低于传统电源所获得的电，因此其作为独立电源的应用在一定程度上受到了限制。

但根据其产电机理，不同的诱导环境会产生不同程度的电信号，因此部分研究将蒸发诱导产电电池用于传感器应用。目前被报道的有邻近感测、湿度传感、触觉感测、汗水监测、环境监测等。根据现有研究，我们发现当产电模块浸入不同梯度的诱导液时，可输出不同的电压，因此，我们推测其可用于盐度梯度传感。

依托以上研究分析，我们设计了一种基于蒸发诱导产电电池的无线盐度传感系统，最终实现了盐度的原位检测及数据的远程实时传输。

发明内容

本发明的目的在于利用在不同浓度的诱导液下，蒸发诱导产电电池会产生不同的电信号，并且输出信号与诱导液浓度呈线性关系，利用上述机理，我们设计了一种盐度传感系统，将其用于盐浓度的传感。在该系统中我们还添加了无线传输模块和Arduino控制模块，实现了盐度的原位检测及数据的远程实时传输，为蒸发诱导产电电池的应用提供了新的思路。

本发明采用以下技术方案：

一种基于蒸发诱导产电电池的无线盐度传感系统的构建，包括如下步骤：

蒸发诱导发电模块的制备及搭建：(步骤(1)-(4))及无线传输模块及Arduino控制模块的搭建：(步骤(1)-(4))。

(1)将定性滤纸(FP)进行预处理。将滤纸剪至所需要的形状，将其置于70℃的去离子水中，2h后取出让其自然风干；

(2)阴离子型科琴黑(KB)聚苯胺(PAN)滤纸(FP)即KB@PAN-FP的制备。用阴离子型表面活性剂和KB，PAN配置一定浓度的KB@PAN悬浊液，将步骤(1)预处理过的定性滤纸分两次浸泡在阴离子型KB@PAN悬浊液中，一定时间后将其取出并在80℃的烘箱下干燥固定30min；

(3)用银丝固定KB@PAN-FP发电模块，即电池正负极为银丝。

(4)选用上下口锥形三角烧杯作为容器，将(3)组建的发电功能区搭建在三角烧杯中，用小型水泵控制进水水质及进水速率。

(5)编写Arduino控制板程序，使得进水盐度为3M时触动蜂鸣器并报警。1-3M时点亮LED灯。

(6)连接无线传输模块及Arduino控制模块，将蒸发发电电功能区产生的电压数据实时传输至手机端，实现数据的在线实时监测。

步骤(1)中将直径为90mm厚度为0.1mm的FP剪为50mm×10mm×0.1mm的长方形样式，用70℃的去离子水浸没过FP。

步骤(2)中所用的阴离子型表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠(SDBS)。