一体化自供能NO2气体传感器敏感机理及特性研究

基本信息
批准号:61604033
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:20.00
负责人:苏元捷
学科分类:
依托单位:电子科技大学
批准年份:2016
结题年份:2019
起止时间:2017-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:谢光忠,太惠玲,杜鸿飞,张秋平,谢法彪,朱国涛,吴寸雪,马行方
关键词:
自供能摩擦纳米发电机一体化二氧化氮气体传感器
结项摘要

This project proposes a fundamentally new sensitive mechanism in self-powered gas sensing, aiming at providing a new idea for the self-powered sensing technology. The integration of energy harvesting and detection in a sensor unit is realized by the combination of the triboelectric nanogenerator and resistance gas sensor. Through finite element simulation and first principle calculation, the mechanism of electricity generation as well as energy conversion was studied. In addition, by the combination of thin film characterization and electric measurement, the influences of surface modification of contacting materials and structural parameter of nanogenerator as well as the processing technology on the output power were investigated to further optimize the device structure and improve its energy conversion efficiency. Moreover, on the basis of new two dimensional materials and hybrid functional nanomaterials as sensitive materials, the effects of surface morphology, interfaces and diffusion on the gas sensing characters were explored. To convert the mechanical energy of air flow into electricity by triboelectric nanogenerator, the prepared sensor is able to actively detect target gas without the need of batteries and period maintenance, which effectively addresses the problems of semiconductor gas sensors in wireless sensor networks, such as limited battery life and application range, and ensures its long-term stable operation.

本项目提出一种新型的自主检测外界气体敏感机理,旨在为自供能检测技术提供新的研究思想。通过摩擦纳米发电机与气体传感器的集成实现了传感器供能-探测一体化。利用有限元数值模拟和第一性原理计算,研究纳米尺寸下摩擦纳米发电机发电原理与能量转化机制。同时,通过薄膜表征和电学测试相结合的方法,研究起电薄膜表面纳米化处理、发电机结构尺寸及加工工艺对发电机输出功率的影响,并优化器件结构和提高其能量转化效率。此外,该项目选择新型二维纳米材料和复合功能纳米材料作为气敏材料,探索其表面形貌、界面、扩散等对气体探测性能的影响。利用摩擦纳米发电机收集气流动能并转化成电能,所制备的传感器能够主动感知外界气体信号,无需配置电池或定期维护,从而有效地解决了无线传感器网络中半导体气体传感器电池寿命有限、应用范围窄等问题,确保了无线传感网络长期稳定运行。

项目摘要

本项目属传感技术及系统领域。通过摩擦纳米发电机与气体传感器的集成实现了传感器供能-探测一体化。利用有限元数值模拟和第一性原理计算,研究纳米尺寸下摩擦纳米发电机发电原理与能量转化机制。同时,通过薄膜表征和电学测试相结合的方法,研究起电薄膜表面纳米化处理、发电机结构尺寸及加工工艺对发电机输出功率的影响,并优化器件结构和提高其能量转化效率。测试了器件自供能性能和气敏性能,研究了它们对NO2、NH3、水汽等气体的敏感性能,在薄膜表征的基础上对其相关机理进行了分析。同时,项目还研究了一体化自供能气体传感器变送电路设计与集成工艺。项目相关成果申请国家发明专利23项(授权10项),发表高水平学术论文15篇(全部标注自然科学基金资助,其中SCI论文13篇,会议论文2篇),并获2018年国防技术发明三等奖1项。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

路基土水分传感器室内标定方法与影响因素分析

路基土水分传感器室内标定方法与影响因素分析

DOI:10.14188/j.1671-8844.2019-03-007
发表时间:2019
3

上转换纳米材料在光动力疗法中的研究进展

上转换纳米材料在光动力疗法中的研究进展

DOI:
发表时间:2017
4

自组装短肽SciobioⅡ对关节软骨损伤修复过程的探究

自组装短肽SciobioⅡ对关节软骨损伤修复过程的探究

DOI:10.13417/j.gab.039.003219
发表时间:2020
5

拉应力下碳纳米管增强高分子基复合材料的应力分布

拉应力下碳纳米管增强高分子基复合材料的应力分布

DOI:10.11868/j.issn.1001-4381.2019.000332
发表时间:2020

苏元捷的其他基金

相似国自然基金

1

高性能室温NO2气体传感器的研究

批准号:61903159
批准年份:2019
负责人:张博
学科分类:F0306
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
2

基于二硫化钼的新型NOx气体传感器敏感特性与机理研究

批准号:61401251
批准年份:2014
负责人:李娴
学科分类:F0123
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
3

复合结构高灵敏自供能无线磁传感器

批准号:50677072
批准年份:2006
负责人:文玉梅
学科分类:E0701
资助金额:10.00
项目类别:面上项目
4

自供能型生物传感器的制备及智能化研究

批准号:21105126
批准年份:2011
负责人:邓留
学科分类:B0402
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目