一种基于摩擦电的乙醇传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种乙醇传感器，尤其涉及一种基于摩擦电的乙醇传感器。
【背景技术】
[0002]乙醇传感器在社会上及工业上应用很多，如交通警察用于测试驾驶员是否醉驾用的手持式酒精浓度测试仪，发酵工业上通过在线测试发酵液中的酒精含量来实现发酵过程自动控制等。随着社会的进步，机动车辆与日俱增，机动车驾驶人员“酒后驾车”及“醉酒驾车”极易发生道路交通事故，严重危害了道路交通安全和人民生命财产安全。人饮酒后，酒精通过消化系统被人体吸收，经过血液循环，约有90%的酒精通过肺部呼气排出，因此测量呼气中的酒精含量，就可判断其醉酒程度。
[0003]现有乙醇传感器普遍采用的是金属氧化物半导体型的酒精传感器，不仅结构复杂，制作工艺繁琐，而且整个传感器的成本价格高昂，不能普遍适用广大群体。因此提供一种检测精度高、结构简单并且成本低廉的乙醇传感器是亟待解决的重要问题。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种基于摩擦电的乙醇传感器，利用高分子聚合物绝缘层对乙醇具有的湿润性，可以用于检测乙醇浓度，解决了现有技术中的乙醇传感器制作工艺繁琐，成本高昂的问题。
[0005]本发明提供一种基于摩擦电的乙醇传感器，包括依次层叠设置的第一电极层，隔离层和第二电极层。第一电极层包括第一电极和第一高分子聚合物绝缘层，第一高分子聚合物绝缘层设置在第一电极朝向第二电极层的侧表面上。隔离层具有至少一个空腔，第一电极层和所述第二电极层通过所述空腔接触摩擦；第二电极层进一步包括第二电极。第一电极层或第二电极层上面还设有至少一个通孔，通孔和空腔位置对应，通孔用于乙醇的输入和输出。第一高分子聚合物绝缘层和第二电极中相对的两个侧表面作为所述乙醇传感器的摩擦界面，第一电极和第二电极作为乙醇传感器的信号输出端。
[0006]本发明的基于摩擦电的乙醇传感器，利用作为摩擦界面的高分子聚合物绝缘层对乙醇具有湿润性，从而将空腔中的乙醇吸附在绝缘层表面，影响传感器的输出电压，该乙醇传感器的输出电压与乙醇体积变化呈一定的线性关系。并且通过在第一电极层和第二电极层之间设置隔离层，一方面提高摩擦界面的接触分离，另一方面在隔离层上形成用于乙醇蒸汽或液体注入和存储的多边形空腔或螺旋形空腔，从而保证了乙醇与摩擦界面的接触，可以提高该乙醇传感器的灵敏度。该基于摩擦电的乙醇传感器结构简单、成本低廉，并且制作工艺简单，灵敏度高，适合大规模推广应用。
【附图说明】
[0007]图1示出了本发明中第一实施例的乙醇传感器的立体结构示意图；
[0008]图2示出了本发明中第一实施例的乙醇传感器的爆炸结构示意图；
[0009]图3示出了本发明中第二实施例的乙醇传感器的爆炸结构示意图；
[0010]图4示出了本发明中第三实施例的乙醇传感器的爆炸结构示意图；
[0011]图5示出了本发明中第四实施例的乙醇传感器的爆炸结构示意图；
[0012]图6示出了图3中乙醇传感器的电压随乙醇体积的变化示意图；
[0013]图7示出了图5中乙醇传感器的电压随乙醇体积的变化示意图。
【具体实施方式】
[0014]为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对发明做详细说明，但发明并不仅仅限于此。
[0015]本发明提供了一种基于摩擦电的乙醇传感器，利用作为摩擦界面的高分子聚合物绝缘层对乙醇具有湿润性，从而将空腔中的乙醇吸附在绝缘层表面，影响传感器的输出电压，该乙醇传感器的输出电压与乙醇体积变化呈一定的线性关系，用以解决现有技术中的乙醇传感器制作工艺繁琐，成本价格高昂的问题。
[0016]请参阅图1和图2，图1和图2分别示出了本发明的一种基于摩擦电的乙醇传感器的第一实施例的立体结构示意图和本发明中第一实施例的基于摩擦电的乙醇传感器的爆炸结构示意图，本发明的第一实施例的基于摩擦电的乙醇传感器100包括依次层叠设置的第一电极层(图未标示)，隔离层13和第二电极层(图未标示)。
[0017]第一电极层进一步包括第一电极11和第一高分子聚合物绝缘层12，第一高分子聚合物绝缘层12设置在第一电极11朝向所述第二电极层的侧表面上，第一高分子聚合物绝缘层12和所述第二电极层中相对的两个侧表面作为所述乙醇传感器的摩擦界面。
[0018]隔离层13设置在形成摩擦界面的两个表面之间，并且隔离层13具有至少一个空腔131，且空腔为多边形空腔。其中，图2示出了空腔131为六边形的情况，当然多边形空腔还可以三角形和/或四边形和/或五边形等其他形式。
[0019]第一电极层和第二电极层通过空腔131进行接触摩擦，空腔131可以用于乙醇的注入和存储，另外，空腔131不仅可以提高摩擦界面的接触分离，同时还使注入的乙醇通过空腔扩散并吸附在第一高分子聚合物绝缘层12上，多边形空腔的存在较好的提高了乙醇传感器的灵敏度。
[0020]其中，为保证摩擦界面的接触与分离，空腔优选边长为2.5?4_的六边形，空腔间的距离优选0.4?1mm。
[0021]由于隔离层的厚度会影响摩擦电压的输出，当隔离层太厚时，第一高分子聚合物绝缘层和第二电极不能很好接触摩擦，当隔离层太薄时，第一电极层和第二电极层不能很好分离，所以隔离层的厚度优选20?50 μ m。
[0022]第二电极层进一步包括第二电极14，隔离层13将第一高分子聚合物绝缘层12和第二电极14分隔开，可以使第一高分子聚合物绝缘层12和第二电极14更好的接触和分离。另外，第一高分子聚合物绝缘层12和第二电极14通过隔离层13上的多个空腔131进行接触摩擦发电，且第一电极11和第二电极14作为所述乙醇传感器的的信号输出端。
[0023]第一电极层或第二电极层上还设有一个通孔110 (本实施例中的通孔110设置在第一电极层上，当然还可以设置在第二电极层上，本发明的思想不局限于此)，通孔110和空腔131位置对应，通孔131用于乙醇的注入和输出；其中，当空腔有多个时，乙醇蒸汽可以通过与通孔110相对的空腔131扩散至其他周边空腔并吸附在摩擦界面上。
[0024]当乙醇传感器处于未挤压状态时，隔离层13可以将第一高分子聚合物绝缘层和第二电极分隔开，当挤压整个乙醇传感器时，第一高分子聚合物绝缘层和第二电极通过空腔摩擦接触并在第一电极和第二电极上分别感应出电荷。
[0025]本实施例中的基于摩擦电的乙醇传感器，第一高分子聚合物绝缘层需具备较好湿润性，这样乙醇蒸汽或液体才能吸附在第一高分子聚合物绝缘层上，乙醇蒸汽或液体的存在会降低摩擦层面的摩擦电荷量，从而造成乙醇传感器输出电压的下降，乙醇传感器的输出电压与乙醇吸附在摩擦面上的浓度成线性关系，即通过检测乙醇传感器的输出电压的大小就可测出乙醇的浓度。
[0026]下面介绍实施例一中乙醇传感器中各层的材料选择:
[0027]第一高分子聚合物绝缘层缘层所用材料为对乙醇具有湿润性的PDMS(聚二甲基硅氧烷)、PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)、PTFE (聚四氟乙烯)、PET (聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PA (聚酰胺)中的任一种。
[0028]隔离层所用材料为PET (聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PVC (聚氯乙烯)、PE (聚乙烯塑料)、PTFE(聚四氟乙