[发明专利]一种基于水凝胶的柔性自供电NO2

说明书

本发明属于气体传感器技术领域，提供了一种基于水凝胶的柔性自供电NO₂传感器及其制备方法，本发明从上到下依次将阳极、离子导电水凝胶电解质、阴极、多孔集流网排布得到基于水凝胶的柔性自供电NO₂传感器，离子导电水凝胶电解质中含有金属离子，基于水凝胶的柔性自供电NO₂传感器具有灵敏度高、检测极限低、柔性的特点，而且可自供电运行，工作温度为‑20‑40℃，本发明的制备方法步骤少，简便易操作，并且采用的原料易获得。

技术领域

本发明涉及气体传感器技术领域，更具体地，涉及一种基于水凝胶的柔性自供电NO₂传感器及其制备方法。

背景技术

二氧化氮(NO₂)是一种能够对人体产生严重危害的有毒气体，长期生活在极低浓度(ppb量级：十亿分之一)的NO₂的环境中会增加慢性阻塞性肺疾病的患病率，流行病学研究表明该病是目前引起人类死亡的第四大死因；而短期暴露在ppm级(百万分之一)低浓度的NO₂环境中足以对心血管系统、呼吸系统、肺部和眼睛等部位产生严重危害，如呼吸困难、发绀、胸痛、意识障碍等。

在工业环境、汽车排放等特殊环境对NO₂的实时监控能有效预警NO₂泄漏和浓度过高等安全隐患。目前，二氧化氮传感器的制备主要采用微电极上沉积对NO₂敏感的金属氧化物半导体、具有多层选择性透气膜的电化学传感、微电极上涂二维材料等方法，以上方法虽然较为成熟和具有传感材料成本低的特点，但是其工作条件普遍需要高温(200℃及其以上)，导致功耗高，长时间使用耗能大且存在温度过高引起电路短路的安全隐患；另外无需高温加热的电化学传感器存在电解液容易泄漏的问题。基于此，有必要设计一种低温运行的低功耗的固态型NO₂传感器。目前，为解决NO₂传感器的能耗问题，科学家们提出了自供电NO₂传感器的思想，收集利用环境中的各种各样被耗散的能源转化为器件运作的电能。如收集环境中的动能(振动、气流等)转化为动能的摩擦纳米发电机NO₂传感器，收集周围光能的光生伏特型NO₂传感器，这些能量收集系统在特定的应用场景下显得十分贴切，如安装在汽车尾部的摩擦纳米发电机NO₂传感器，将汽车运行时振动的能源直接作为传感器工作的能源。以上通过收集环境中的能源转化为NO₂传感器工作的能源的方法也存在一个问题，就是应用环境需要有如振动和光照等特种形式的能源，否则传感器不能工作。此外，目前自供电式的NO₂传感器普遍面临灵敏度低、检测极限高、缺乏柔性的问题。因此，亟需开发一种具备柔性、工作温度低、在无振动和光的情况下仍能够实现高灵敏和低检测极限的自供电运行的NO₂气体传感器。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于水凝胶的柔性自供电NO₂传感器及其制备方法，本发明提供的柔性自供电NO₂传感器具有灵敏度高、检测极限低、柔性的特点，灵敏度高达1.7％/ppb，而且可自供电运行，工作温度低，工作温度为-20-40℃。

本发明的第一方面提供一种基于水凝胶的柔性自供电NO₂传感器。

具体地，一种基于水凝胶的柔性自供电NO₂传感器，从上到下依次包括阳极、离子导电水凝胶电解质、阴极、多孔集流网；所述离子导电水凝胶电解质中含有金属离子。