项目名称: SnO2/KNN纳米纤维的力电耦合效应与主动式氢敏机理研究

项目编号: No.11504099

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 王钊

作者单位: 湖北大学

项目金额: 24万元

中文摘要: 实现安全准确的氢气检测是氢能安全应用的前提。针对氢气传感器被动检测时响应滞后及供电系统不易维护等问题,本项目拟采用SnO2修饰的铌酸钾钠(KNN)压电纳米纤维实现主动式氢气检测,结合微流芯片中待测气体与纳米纤维的力-电耦合构建自供电氢气传感器。首先,采用静电纺丝和烧结法制备SnO2/KNN纳米纤维,研究制备工艺对SnO2修饰层尺寸、形貌和界面原子结构的影响,探索表面修饰与纳米纤维氢敏特性、电输运行为和介电压电性能的关联性,分析纳米纤维室温氢敏和机电转换性能的调控机理,优化自供电氢敏性能。然后,研究气流和纳米纤维在微流通道中的力-电耦合效应,分析芯片构型、气流行为和纤维机电转换性能的关系,实现高效机电能量转换,获得快速灵敏且稳定可靠的自供电氢气传感器。本项目的顺利实施,将为自供电氢气传感器的研制提供理论和实验依据,对促进传感系统小型化和集成化,推动氢能的安全应用具有重要意义。

中文关键词: 压电纳米纤维;力电耦合;能量收集;主动式氢敏;自供电传感器

英文摘要: The safe and accurate hydrogen detection is the premise for the safe application of hydrogen energy. Aiming at the lagged passive sensing response and uneasy maintenance to the power supply system of the hydrogen sensors, this proposal is proposed to use SnO2-modified potassium sodium niobate (KNN) piezoelectric nanofibers to realize the active hydrogen detection, and fabricate the self-powered hydrogen sensor through the electromechanical coupling between the gas flow and nanofibers in microfluidic chips. Firstly, SnO2/KNN nanofibers will be prepared by the electrospinning and sintering process. The impact of synthesis process to the size, morphology and interface atom structure of the SnO2 layers will be studied. Then the influence of surface modification on the hydrogen sensing, electric transportation, dielectric and piezoelectric properties of the nanofibers will be investigated to analyze the regulation mechanism for the room-temperature hydrogen sensing and electromechanical conversion properties of the SnO2/KNN nanofibers. After that, the electromechanical coupling effect between the gas flow and the nanofibers in the micro channels will be studied. The relationship among the chip structure, gas flow behavior and the electromechanical conversion performance will be investigated to realize the high efficient energy conversion and obtain the self-powered hydrogen sensors with fast, sensitive and stable sensing performance. The smooth implementation of this project can provide theoretical and experimental basis for the research and development of self-powered hydrogen sensor, which is also of great significance to promote the miniaturization and integration of sensor systems as well as the safe application of hydrogen energy.

英文关键词: Piezoelectric nanofibers;Electromechanical coupling;Energy harvesting;Active Hydrogen Sensing;Self-powered sensors

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