[发明专利]一种摩擦电纳米传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器，特别是利用摩擦纳米发电机的原理而制作的摩擦电纳米传感器。

背景技术

在微电子和材料技术高速发展的今日，大量新型具有多种功能和高度集成化的微型电子器件不断被开发出来，并在人们日常生活的各个领域展现出前所未有的应用前景。传感网络将是未来驱动经济发展的根本动力。传感包括机械传感，化学传感，生物传感和气体传感。纳米传感器是指利用传感器件将环境中值得注意的分子讯息（如重金属含量或人体中特定生物分子的改变量）转换成电讯号以便纪录分析的一种装置。随着科技不断的进步，其应用也越来越广，包括在化学分析、医疗诊断、食品工业或环境监测等领域上，皆可见到各种纳米传感器的运用。然而一般纳米传感器皆须外接电源来驱动其工作，不仅耗费能源，而且目前常用的电源以可充电或一次性电池为主，这些电源的体积较大，使纳米传感器的应用范围受到了严重的制约，同时电池废弃后对环境产生的恶劣影响也促使人们努力的寻找更为环保的动力来源。

自然界和人类生命存续过程中会不断产生各种动能和势能，如何将这些微小的能量转变为我们所需的驱动力来源，是人们在不断探寻的方向。但是，目前在分子传感领域，相关的报导极少，值得大力推广。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于摩擦电的纳米传感器，能够将运动、振动等自然存在的机械能转化为电能，同时结合电子的转移机制，实现了无需外接电源的纳米传感器技术。

为实现上述目的，本发明提供的摩擦电纳米传感器包括：

第一导电元件，

第一导电元件下表面接触放置的第一摩擦层，

第二导电元件，

第二导电元件上表面直接生长或化学键连的纳米结构物，为第二摩擦层，

以及，空间保持件；

其中，所述空间保持件用于使所述第一摩擦层下表面与所述第二摩擦层上表面面对面并保持一定间距；

所述第一摩擦层与所述第二摩擦层能够在外力的作用下至少部分接触、并在外力撤销时通过所述空间保持件的作用而恢复原有间距，同时通过所述第一导电元件和所述第二导电元件向外输出电信号；

并且，所述电信号能够在所述第二摩擦层与待探测目标物质结合后发生改变；

优选地，所述纳米结构物与待探测目标物质结合后二者之间能够形成电子转移；

优选地，所述电信号的变化量与待探测目标物质的种类和/或浓度有关；

优选地，所述纳米结构物能够与待探测目标物质发生高选择性的相互作用；

优选地，所述纳米结构物为纳米线、纳米片、纳米棒、纳米管和/或纳米锥构成的纳米阵列；

优选地，所述纳米结构物为金属氧化物；

优选地，所述纳米结构物选自二氧化钛、三氧化二铁、四氧化三铁和氧化锆；

优选地，所述待探测物质含有邻位二羟基；

优选地，所述带探测物质选自邻苯二酚、表儿茶素、表没食子儿茶素、3,4-二羟基苯乙酸、茜素、抗坏血酸或多巴胺。

优选地，所述第一摩擦层下表面和第二摩擦层的材料之间存在摩擦电极序差异；

优选地，所述第一摩擦层的下表面材料为绝缘材料或金属材料；

优选地，所述绝缘材料选自苯胺甲醛树脂、聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺尼龙11、聚酰胺尼龙66、羊毛及其织物、蚕丝及其织物、纸、聚乙二醇丁二酸酯、纤维素、纤维素醋酸酯、聚乙二醇己二酸酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、再生纤维素海绵、棉及其织物、聚氨酯弹性体、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、木头、硬橡胶、醋酸酯、人造纤维、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯弹性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、丁二烯-丙烯腈共聚物、氯丁橡胶、天然橡胶、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-co-丙烯腈)、聚双酚A碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚（2,6-二甲基聚亚苯基氧化物）、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚三氟氯乙烯、聚四氟乙烯和派瑞林；所述金属材料选自金、银、铂、铝、镍、铜、钛、铬或上述金属形成的合金薄膜；

优选地，所述绝缘材料为聚四氟乙烯或聚二甲基硅氧烷；

优选地，所述第一摩擦层下表面分布有微米或次微米量级的微结构；

优选地，所述微结构选自纳米线、纳米棒、纳米管、纳米锥、纳米颗粒、纳米沟槽、微米线、微米棒、微米管、微米锥、微米颗粒、微米沟槽；

优选地，所述第一摩擦层下表面有纳米材料的点缀或涂层；