【摘 要】
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空气污染是当今世界全球化进程中不可回避的主要环境问题。空气污染治理已成为发展生态城市、建设生态文明的首要任务。随着“智慧城市”概念的提出,物联网技术飞速发展,然而,这样的发展也给如此庞大的无线传感器节点的供电带来了巨大的挑战。一些传感器被放置在某些极端环境和危险场所,工作人员很难定期更换电源,也不利于气体传感器朝着微型化、集成化的方向发展。摩擦纳米发电机（TENG）的发明,为解决传感器供能问题迈出
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空气污染是当今世界全球化进程中不可回避的主要环境问题。空气污染治理已成为发展生态城市、建设生态文明的首要任务。随着“智慧城市”概念的提出,物联网技术飞速发展,然而,这样的发展也给如此庞大的无线传感器节点的供电带来了巨大的挑战。一些传感器被放置在某些极端环境和危险场所,工作人员很难定期更换电源,也不利于气体传感器朝着微型化、集成化的方向发展。摩擦纳米发电机（TENG）的发明,为解决传感器供能问题迈出了关键的一步,因其能收集环境中的能源转换为电能输出,因此传感器可以自驱动的方式进行工作。为了提升空间利用率和环境适应性,结合自驱动技术、无线能量传输技术的感应式自驱动气体传感器在物联网构建与实施方面具有重要的研究价值。本文基于旋转式摩擦纳米发电机和电阻式气体传感器的结构分别制备了感应式自驱动NH3传感器和NO2传感器,具体研究工作如下:1.利用COMSOL模拟软件对旋转式摩擦纳米发电机结构进行仿真,研究不同感应距离下位移电流和感应电势的变化趋势,选取PTFE薄膜与Nylon作为摩擦层制备出旋转式摩擦纳米发电机,实验结果与仿真结果都显示位移电流和感应电势随着感应距离的增加而减少,此外对电极位置和电极大小进行研究,发现感应电势在圆心处最低,圆周处最高,感应电势随着电极面积的增大而增大。2.利用原位聚合的方式在柔性PI衬底上生长聚苯胺（PANI）薄膜,制备出感应式自驱动NH3传感器。在不同无线能量传输距离下对感应式自驱动NH3传感器的气敏性能进行测试,NH3浓度设置为0-100 ppm,在感应距离为15 mm时,响应值最大为147%,响应时间为73 s,恢复时间为254 s。接着研究了该传感器的实际应用能力,包括选择性,重复性和长期稳定性,28天后,输出响应降低14%,该传感器对NH3的响应是其余干扰气体的8倍以上。3.利用硫化钠和硝酸铅两种前驱物制备了硫化铅（PbS）溶液,并通过气喷的方式在100μm间距的叉指电极上均匀致密成膜。室温下,在不同无线能量传输距离下对感应式自驱动NO2传感器的低浓度（0.1ppm-0.5ppm）NO2气敏响应进行了测试,在感应距离为15 mm时,响应值为87%,响应时间为95 s,恢复时间为311 s。接着研究了该传感器的实际应用能力,包括选择性,重复性和长期稳定性,28天后,输出响应降低11%,该传感器对NO2的响应是其余干扰气体的4倍以上。
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