[发明专利]一种基于摩擦电效应的纳米流体分散性自驱动传感系统及检测方法

说明书

本发明涉及一种基于摩擦电效应的纳米流体分散性自驱动传感系统及检测方法，属于微纳传感领域。该系统包括恒电荷源检测装置和蠕动泵辅助装置；恒电荷源检测装置由管状液固摩擦纳米发电机组成，能够稳定输出恒定的电荷量，易与纳米颗粒的等效电容耦合；蠕动泵作为辅助装置用于吸收纳米流体流过管状液固摩擦纳米发电机实现稳定信号。本系统具有原位、定量、快速的优势，有助于分析纳米颗粒分散性与纳米流体及其纳米复合材料整体性能的量化关系，利于纳米流体中流体传热参数的推导和纳米合成材料过程中纳米团聚的调控。

技术领域

本发明属于微纳传感领域，涉及一种基于摩擦电效应的纳米流体分散性自驱动传感系统及检测方法。

背景技术

纳米流体是通过在基础液体中添加具有独特纳米效应特征的纳米颗粒而形成的胶体悬浮液，由于优良的导热性、粘度和比热，在变压器油、涡轮润滑剂、靶向药物等领域有着广泛应用。然而由于纳米颗粒之间的范德华力使其容易聚集导致颗粒的表面效应大大降低，从而引起纳米流体或纳米复合物的整体性能受到限制甚至退化。由此可见，纳米颗粒在纳米流体中的分散程度是反映其整体性能的决定性因素，而其分散程度又主要取决于颗粒的粒径分布。因此，为了准确测量纳米颗粒在纳米流体中的分散程度用于分析液体介质的整体性能，需要对纳米流体的分散性进行有效的定量测量。

目前，研究者已提出多种纳米流体分散性的测量方法，间接法包括Zeta电位法、透射比法，直接法包括粒度追踪法、小角X射线散射法、扫描电镜法、透射电镜法、动态光散射法等。间接法的基本原理是通过间接测量颗粒表面电位的大小或悬浮液的吸光度来表征分散效果；而直接法是基于光射原理检测颗粒粒径或者根据表面形貌大量统计得出粒径数据。事实上，虽然纳米颗粒的表面电位大小、粒径尺寸和间距可以用目前的方法分别获得，但是样品的不同处理过程可能已经破坏了颗粒的真实性质，特别是荷电性质，导致最终样品测量结果差异性较大。因此，同时测量颗粒表面有效电荷量、粒径和间距分布，开展纳米流体分散性的无损定量测量新方法仍有待深入研究。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于摩擦电效应的纳米流体分散性自驱动传感系统及检测方法，利用液固摩擦纳米发电机作为恒电荷源，能够稳定输出信号并具有更好的耐久性和抗干扰性，并根据输出的电压、电荷量信号进行频谱参数分析，利用优化算法和迭代算法实现电容的识别和分离，并最终获得纳米颗粒的粒径和间距。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于摩擦电效应的纳米流体分散性自驱动传感系统及检测方法，该系统包括恒电荷源检测装置和蠕动泵辅助装置；

所述恒电荷源检测装置包括管状液固摩擦纳米发电机；

所述恒电荷源检测装置包括管状摩擦纳米发电机及位于管状摩擦纳米发电机底部的支撑平台；

所述管状摩擦纳米发电机包括圆环形软管、液体介质、纳米颗粒和导电电极终端；

圆环形软管的内部为注入的液体介质与纳米颗粒混合形成的纳米流体，圆环形软管的外壁为粘附的导电电极终端；液体介质与纳米颗粒混合制备的纳米流体作为新的液体电介质被提前注入圆环形软管中充当摩擦介质，导电电极终端是具有可粘附性的金属箔，能够贴附在圆环形软管的外壁，且圆环形软管的内部液体介质的长度与外壁贴附导电电极终端的长度保持一致；

所述支撑平台包括底座、支撑轮毂十字架和外围支撑轮毂辐条；

所述圆环形软管截断成指定长度，圆环形软管的两个端口的内径与蠕动泵接口相同，通过分接头连接后进行驱动实验。

可选的，所述圆环形软管的外表面设置有7对金属箔，所述7对金属箔的间隔比为依次降序的1～8，其中每段金属箔的长度按照步进长度逐渐减少，形成变频多栅极结构；

所述金属箔能够调节到所需的长度，并且保证液体介质长度与金属箔长度一致；