本申请公开了一种自发电柔性纳米发电机。该自发电柔性纳米发电机由上至下依次包括：第一电极层、拱桥形块体、Whatman滤纸、导电膜、第二电极层；所述拱桥形块体包括两个支撑台和振动顶面，所述振动顶面的两边分别与两个所述支撑台固定；两个所述支撑台与所述振动顶面围合成中空的凹槽；所述振动顶面在所述凹槽中振动时，与所述Whatman滤纸摩擦；所述拱桥形块体的表面有吸附电子层。该发电机是一种将环境中的机械振动转化为电流的摩擦发电设备,可用于尿液中葡萄糖浓度的检测；该设备不需要外接电源等能源供给，可从人体运动或者外界振动中吸取能量，实现对尿液中葡萄糖的检测。实现对尿液中葡萄糖的检测。
【技术实现步骤摘要】
自发电柔性纳米发电机及其应用
[0001]本申请涉及一种自发电柔性纳米发电机及其应用，属于自供电能量转化
技术介绍
[0002]近代以来，人类社会生产力飞速提高，工业化不断进展。与之同时，环境问题也愈发突出，工业产品的生产，运输以及处理过程中会排放废气，消耗能源。随着人口增加，需求增多，这些问题也愈发突出。摩擦纳米发电机(TENG)是王忠林教授于2012年首次提出，TENG可以用来收集人类社会生活中释放的各种形式的能量，其中包括人体运动、环境振动、机械运动、风能、水能等等。摩擦纳米发电机的出现，为解决能源、环境问题提供了崭新的思路，为如今快速发展的物联网构建也指出了新方向。
[0003]现有技术中的尿液中葡萄糖浓度检测的摩擦纳米发电机，包括Xue Xinyu课题组发表的检测葡萄糖浓度纳米发电机，该发电机采用阵列模式，组装过程包括铜板刻蚀等过程，刻蚀过程繁琐且耗时；另外，也有利用氧化锌纳米阵列的压电特性检测葡萄糖浓度的工作发表，但是氧化锌纳米阵列的生长过程耗时且不宜重复。本申请提到的纳米发电机组装简便，结构简单且耗时短，能够有效克服以上缺点。
技术实现思路
[0004]根据本申请的一个方面，提供了一种自发电柔性纳米发电机，本申请中的自发电柔性纳米发电机是一种将环境中的机械振动转化为电流的摩擦发电设备,可用于尿液中葡萄糖浓度的检测；该设备不需要外接电源等能源供给，可从人体运动或者外界振动中吸取能量，实现对尿液中葡萄糖的检测，而且对葡萄糖浓度变化的信号响应更强。对节约能源、改善人类生活有重要意义。
[0005]一种自发电柔性纳米发电机，所述自发电柔性纳米发电机由上至下依次包括：第一电极层、拱桥形块体、Whatman滤纸、导电膜、第二电极层；
[0006]所述拱桥形块体包括两个支撑台和振动顶面，所述振动顶面的两边分别与两个所述支撑台固定；两个所述支撑台与所述振动顶面围合成中空的凹槽；所述振动顶面在所述凹槽中振动时，与所述Whatman滤纸摩擦；所述拱桥形块体的表面有吸附电子层。
[0007]具体地，本申请提供一种将环境中的机械振动转化为电流的摩擦发电设备,可用于尿液中葡萄糖浓度的检测。其组成从上到下分别是第一电极层，拱桥形外表面带有吸附电子层的块体、Whatman滤纸、PANI膜、第二电极层。两个电极层上连接有与外部电子元件相连接的导线。当感受到外界振动时，拱桥形块体会上下移动，与Whatman滤纸发生摩擦，将环境中的机械能转换为电能从而生成电流。使用时，取一定量待测液滴加到待测液区，待测液在毛细作用下扩散到指示区后，等待一段时间后便可通输出电流的变化来判断葡萄糖浓度。
[0008]所述拱桥形块体的底面内凹形成空腔，以使所述拱桥形块体的部分顶面在所述空
腔中振动时，与所述Whatman滤纸发生摩擦。
[0009]可选地，所述Whatman滤纸上沿长度方向设有待测液区、通道和指示区；所述通道的一端与所述待测液区连接；所述通道的另一端与所述指示区连接；所述待测液区、通道和指示区均与所述振动顶面相对。
[0010]具体地，使用石蜡喷墨打印的技术构筑在Whatman滤纸上构筑指示区、通道、待测液区。待测液可以从待测液区向通道和指示区流动。
[0011]可选地，所述指示区和待测液区均为圆形，
[0012]所述指示区直径为0.1-3厘米；
[0013]所述通道宽度为0.1-2厘米，所述通道长度为0.1-1.5厘米；
[0014]所述待测液区直径为0.1-3厘米。
[0015]可选地，所述指示区为长方形，所述待测液区为圆形，
[0016]所述指示区宽度为0.1-5厘米，所述指示区长度为0.1-5厘米；
[0017]所述通道宽度为0.1-2厘米，所述通道长度为0.1-1.5厘米；
[0018]所述待测液区直径为0.1-3厘米。
[0019]可选地，所述导电膜为聚合物导电膜；
[0020]所述聚合物导电膜包括聚苯胺膜、聚吡咯膜、聚噻吩膜中的任一种。
[0021]可选地，所述导电膜将指示区覆盖。
[0022]可选地，所述拱桥形块体的材质为电负性大于8的聚合物。
[0023]可选地，所述拱桥形块体的材质选自PDMS，PTFE，PVDF、硅橡胶中的至少一种。
[0024]可选地，所述拱桥形块体的尺寸为：长度2～50cm；宽度2～50cm；厚度0.02～0.2cm。
[0025]可选地，所述凹槽为立方体结构；
[0026]所述凹槽的尺寸为：长度0.1-10cm；宽度0.1-10cm；高度0.02-0.2cm。
[0027]可选地，所述第一电极和第二电极独立地选自铜电极、铂电极、中的任一种。
[0028]可选地，所述聚苯胺膜的制备方法包括：
[0029]将PI薄膜浸入含有苯胺、对甲苯磺酸、过硫酸铵、亲水聚合物的酸性反应体系中，反应，得到所述聚苯胺膜。
[0030]具体地，将PI薄膜浸入含有苯胺，对甲苯磺酸，过硫酸铵以及亲水聚合物的酸性反应体系中，反应1-10h后取出，用去离子水多次清洗后备用。
[0031]可选地，苯胺1-10ml，对甲苯磺酸1-20g，过硫酸铵1-20g，酸浓度0.1-5mol/L，亲水性聚合物0.5-10g。
[0032]可选地，所用酸可以是盐酸，磷酸或者是硫酸中的一种或几种。
[0033]可选地，所用亲水聚合物可以是聚乙烯醇，聚乳酸、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯的一种或几种。
[0034]根据本申请的第二方面，还提供了一种溶液中葡萄糖浓度检测的方法，利用上述中任一项所述的自发电柔性纳米发电机对溶液中葡萄糖浓度进行检测。
[0035]可选地，所述方法包括：
[0036]S100、将含有葡萄糖的待测液滴加至Whatman滤纸的待测液区，所述待测液扩散到指示区；
[0037]S200、在外界振动下，拱桥形块体的振动顶面在凹槽中振动，与Whatman滤纸摩擦，将机械振动转化为电信号；
[0038]S300、导电膜接收并传导所述指示区中的电信号，得到葡萄糖浓度与电流的响应关系。
[0039]本申请中，“PANI”，是指聚苯胺的简称；
[0040]“PI”是聚酰亚胺的简称；
[0041]“PDMS”是聚二甲基硅烷的简称；
[0042]“PTFE”是聚四氟乙烯的简称；
[0043]“PVDF”是聚偏氟乙烯的简称。
[0044]本申请能产生的有益效果包括：
[0045]1)本申请的自发电柔性纳米发电机无需外接电源，通过收集人体或者环境振动的机械能即可实现对传感器的驱动。
[0046]2)本申请的自发电柔性纳米发电机，组装简便，使用便利，制作成本低，有广泛推广使用的价值
[0047]3)本申请的自发电柔性纳米发电机可用于尿液中葡萄糖检测，是一种环保、便捷的手段，可以随时随地进行检测，响应更强，结构简单本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种自发电柔性纳米发电机，其特征在于，所述自发电柔性纳米发电机由上至下依次包括：第一电极层、拱桥形块体、Whatman滤纸、导电膜、第二电极层；所述拱桥形块体包括两个支撑台和振动顶面，所述振动顶面的两边分别与两个所述支撑台固定；两个所述支撑台与所述振动顶面围合成中空的凹槽；所述振动顶面在所述凹槽中振动时，与所述Whatman滤纸摩擦；所述拱桥形块体的表面有吸附电子层。2.根据权利要求1所述的自发电柔性纳米发电机，其特征在于，所述Whatman滤纸上沿长度方向设有待测液区、通道和指示区；所述通道的一端与所述待测液区连接；所述通道的另一端与所述指示区连接；所述待测液区、通道和指示区均与所述振动顶面相对；优选地，所述指示区和待测液区均为圆形，所述指示区直径为0.1-3厘米；所述通道宽度为0.1-2厘米，所述通道长度为0.1-1.5厘米；所述待测液区直径为0.1-3厘米；优选地，所述指示区为长方形，所述待测液区为圆形，所述指示区宽度为0.1-5厘米，所述指示区长度为0.1-5厘米；所述通道宽度为0.1-2厘米，所述通道长度为0.1-1.5厘米；所述待测液区直径为0.1-3厘米。3.根据权利要求1所述的自发电柔性纳米发电机，其特征在于，所述导电膜为聚合物导电膜；所述聚合物导电膜包括聚苯胺膜、聚吡咯膜、聚噻吩膜中的任一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯亮，王振名，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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