报告时间：2023年4月22日10：00
报告地点：科研楼402会议室
报告人：刘亭杉
报告人简介：
刘亭杉，研究生二年级，中北大学仪器与电子学院，电子信息专业。研究方向：微能源采集。
惰性气体因其稳定的特性，在人类生产和生活中具有许多重要的作用，其常用于工业生产中，如防火、抑制铝粉和镁粉的粉尘爆炸，以及固体的可逆分解等。最近，基于各种物理和化学方法的惰性气体传感器已经被开发出来，如质子传感器和电离传感器，而惰性气体也可以通过各种方法进行检测，如低辐射计数法、气体踏板质谱法和原子阱微量检测技术。质子传感器是基于表面质子共振（SPR）效应而用于气体传感的。然而，传感过程需要一个精确的光学系统，而且系统的SPR激发角度需要根据气体的类型提前调整。除了SPR检测，大多数惰性气体传感器都需要提供300-500◦C的高温和大的识别面。电离传感器通过区分气体的电离特性来检测惰性气体，通过施加电场，碳纳米管（CNTs）或其他类型的尖头管可以产生强电场，并从不同的气体分子中剥离电子。然而，由于气体电离需要复杂的电极和超过1千伏的极高电源电压，这类传感器受到了高功耗和高成本的限制。随着物联网的快速发展，低成本、低能耗的传感器已成为一种趋势。因此，迫切需要开发一种自供电、低成本的惰性气体检测方法，以满足现场检测和分布式监测的要求。
由于摩擦纳米发电机（TENG）固有阻抗高，开路电压高，输出电流低，其在为大功率设备供电方面存在局限性，但TENG的高开路电压可以满足气体电离的要求，因此它可以用来制造电离型气体传感器。在TENG输出电压的诱导下，电场被大大增强，以加速电子轰击气体分子并使其电离。而当针尖之间的电位差达到一定高的值时，针尖之间形成了一个等离子体通道，从而产生放电现象，同时放电又可以提高TENG本身的开路电压。根据汤姆森放电理论，气体放电的发生随着它的类型、压力、浓度和电场强度而变化。
报告中提出了一种基于针尖放电结构的TENG诱导气体放电的自供电惰性气体传感器。设计了具有高输出性能的旋转式TENG，两根针尖之间有微小的间隙，与TENG的摩擦层相连。通过旋转TENG，针尖周围的惰性气体被电离，产生了放电现象。同时，TENG的输出电压增益也会增加。通过放电现象和TENG的输出性能增益，可以快速准确地分辨出惰性气体的种类和压力浓度。带有针状放电结构的旋转式TENG只需要300转/分钟的转速就可以完成室温下的气体检测功能，而且驱动能量远远低于传统的气体检测方法。报告中提出的惰性气体传感器结构简单稳定，输出信号规律，为惰性气体传感和动态监测提供了一种自供电的便捷传感方法。
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