CN112964760A - 一种双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度监测分析系统及其制备方法与应用 - Google Patents

一种双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度监测分析系统及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及湿度检测技术领域，特别涉及一种双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度监测分析系统及其制备方法及应用。所述系统包括双发式摩擦纳米发电机、微型湿度传感器、数据分析APP和WIFI数据传输模块；湿度传感器包括基底，设于基底上端面的湿度敏感材料，两个分别设于湿度敏感材料两端的传感器金属电极；双发式摩擦纳米发电机由支撑板、泡沫双面胶填充层、发电机金属电极、氟化乙烯丙烯共聚物薄膜发电层；本发明提出的这种微型湿度传感器具有更高的灵敏度、更快的响应速度和更好的响应线性度，并通过FEP‑Cu双发式摩擦纳米发电机将环境中的机械能转化为电能，不需要电池供电，避免传感器对电池电源的依赖。

Description

一种双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度监测分析系统及其制 备方法与应用
技术领域
本发明涉及湿度检测技术领域，特别涉及一种双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度监测分析系统及其制备方法与应用。
背景技术
湿度通常是指大气中水汽的含量。人们的生活和工农业生产，以及动植物的生长和生存方面，都与周围的环境湿度有着密切的关系。随着物质生活水平的不断提高，越来越多的人开始注重对周围环境状况的了解及关注自己的健康状况，包括温度，湿度，PM2.5等等指标。空气湿度与人体健康关系的研究报道指出相对湿度为30％RH-70％RH对人体是最为合适的，空气过于干燥，机体水分蒸发快，可导致呼吸道粘膜干燥、口渴等症状；湿度过大时，人体中的松果激素的分泌会增大，这会导致体内甲状腺素及肾上腺素的浓度相对降低，直接影响人们的精神状态。随着科学技术的发展，传统的湿度检测方法已无法满足现代工农业生产中高精度湿度监控的要求。针对湿度检测的新技术、新材料、新仪器的研究一直是一个热点，力求具备响应速度快、灵敏度高、成本低廉、微型化与智能化的现代化检测特点，以提高人类生活质量和保障工农业生产的顺利进行。
随着微电子技术的发展，一种基于微机电系统(MEMS)的微型湿度传感器逐步发展。它的成本低、功耗极低、体积小，为实现便携式湿度检测带来希望，以期满足日常检测的需求。敏感材料是微型湿度传感器的核心，也是现阶段此类传感器走向实用化的瓶颈。基于传统敏感材料的微型传感器对湿度的响应速度较慢、整体响应线性度不高。随着人们对环境舒适度和身体异常状况的及时预知需求的提高，目前微型湿度传感器的性能渐渐无法满足需求。电源技术是微型湿度检测系统面临的另一个难题。相比传感器不断向高集成度、可穿戴等方向快速发展，电源技术的发展远远滞后。微型传感器不得不配备一个比它体积大得多的普通电池电源，大大降低传感器微型化的意义，使湿度检测系统难以实现整体的微型化。
因此需要探索一种新的自驱动、高性能微型湿度传感器来解决当前存在的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，利用FEP-Cu双发式摩擦纳米发电机的摩擦电特性，及多孔活性炭修饰的膜状壳聚糖敏感材料的湿度传感特性，将环境中的机械能转化为电能，进而驱动高性能微型湿度传感器进行检测，得到一种双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度监测分析系统及其制备方法与应用。
本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度监测分析系统，所述系统包括双发式摩擦纳米发电机、微型湿度传感器、数据分析APP和WIFI数据传输模块；
所述湿度传感器包括基底，设于基底上端面的湿度敏感材料，两个分别设于湿度敏感材料两端的传感器金属电极；
所述双发式摩擦纳米发电机由外至内依次对称分布有两个支撑板、两个海绵双面胶填充层和两个发电机金属电极，所述两个发电机金属电极上分别固定有氟化乙烯丙烯共聚物薄膜发电层，所述两个氟化乙烯丙烯共聚物薄膜发电层的中间部位还由内至外对称分布有一个支撑板，两个海绵双面胶填充层和两个发电机金属电极；
所述湿度传感器与一定值电阻串联，所述双发式摩擦纳米发电机与湿度传感器通过整流稳压电路模块相连。
进一步的，所述双发式摩擦纳米发电机在往复运动过程中可两次产生脉冲电压。
进一步的，所述电阻的阻值为20MΩ，所述双发式摩擦纳米发电机的输出电信号经过所述整流稳压以后以固定直流电压给湿度传感器和电阻供电，所述固定直流电压值为48V。
进一步的，所述发电机金属电极的材料为Al、Cu和Ag中的一种，所述传感器金属电极的材料为Au、Ag、Cu、Al和Ni中的一种，所述传感器金属电极的厚度为20纳米，所述发电机金属电极的厚度为60微米。
进一步的，所述湿度敏感材料为多孔活性炭修饰的壳聚糖薄膜，所述活性炭的孔径为5-25微米，所述壳聚糖薄膜的厚度为5-8纳米。
进一步的，所述湿度敏感材料的湿敏原理为：未经处理的多孔活性炭可作为壳聚糖的支撑框架，扩大壳聚糖的比表面积；同时，多孔活性炭的吸水能力弱会增加脱水能力，在湿度值变化的时候实现快速响应；
多孔活性炭能够撑起更多的壳聚糖薄膜，使壳聚糖薄膜之间不会因为互相重叠而减少活性位点的个数，因此壳聚糖和多孔活性炭的组合可以提供更多的吸附水分子的活性位点，使水分子被壳聚糖敏感膜表面大量的氨基和羟基所吸引，氢键会在水分子和壳聚糖上的亲水基团之间形成，羟基中的氢原子可与水分子中的氧原子形成氢键，而氨基中的氮原子可与水分子中的氢原子形成氢键。
在水分子的量较少的低湿条件下，敏感膜上的活性位点足够，因此很快就达到平衡；在高湿条件下，壳敏感膜的表面会先形成一层吸附水层，过量的水分子会以氢键的形式和吸附水层相结合；
在壳聚糖中加入多孔活性炭一方面可以扩大敏感膜整体的孔隙化程度，另一方面是降低器件的电阻，多孔活性炭的加入可以把纯壳聚糖传感器的电阻从400MΩ级降至10MΩ级，并且使传感器整体的测量线性度有了大幅提高。
进一步的，
所述支撑板材料为椴木板和桦木板中的一种，厚度为2毫米，所述基底为硅、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺中的一种。
本发明还包括一种制备双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度监测分析系统的方法，(1)制备湿度传感器
(1-1)制备湿度敏感材料；
(1-2)将湿度敏感材料附着于基底表面，并将传感器金属电极设于气体敏感材料的两端；
(2)制备摩擦纳米发电机
制备4块模块：椴木板作为支撑板，海绵双面胶被贴在椴木板上作为缓冲层，铜箔被贴在海绵双面胶的表面，同时从铜箔的表面引出导线；取其中两块模块，在铜箔的表面贴上氟化乙烯丙烯共聚物薄膜，并作为可动电极；另外两块被固定在发电机的底板上作为不可动电极；
(3)连接二氧化氮气体传感器和摩擦纳米发电机。
进一步的，具体的制备方法为：
(1)制备湿度传感器
(1-1)制备湿度敏感材料；
在氮气环境下将脱水木屑和磷酸溶液充分混合后在110℃下干燥脱水，再在管式炉中于425℃氮气环境下加热2小时制得多孔活性炭；
将活性炭在玛瑙研钵中充分研磨粉碎，在25mL去离子水中加入25mg壳聚糖和30mg活性炭，之后磁力搅拌30分钟，制得多孔活性炭修饰的壳聚糖；
(1-2)用喷枪在被清洗过的基体表面喷涂三次多孔活性炭修饰的壳聚糖溶液，置于60℃的干燥箱中干燥60分钟，将传感器金属电极设于气体敏感材料的两端，获得湿度传感器；
(2)制备摩擦纳米发电机
制备4块模块：椴木板作为支撑板，海绵双面胶被贴在椴木板上作为缓冲层，铜箔被贴在海绵双面胶的表面，同时从铜箔的表面引出导线；取其中两块模块，在铜箔的表面贴上氟化乙烯丙烯共聚物薄膜，并作为可动电极；另外两块被固定在发电机的底板上作为不可动电极，将氟化乙烯丙烯共聚物膜的表面用纳米级砂纸打磨以提高其表面粗糙度，将铜箔表面用绉纸擦试，以提高其干燥度和粗糙度；
(3)连接湿度传感器和摩擦纳米发电机。
将湿度传感器与一定值电阻串联，所述双发式摩擦纳米发电机与湿度传感器通过整流稳压电路模块连接；将湿度传感器两端的电压接入单片机的ADC数据采集口并通过WIFI模块与数据分析APP实现通讯。
本发明还包括一种双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度监测分析系统的应用，所述微型气体检测系统可用于检测人体表面及环境湿度，监测人体的呼吸状况。
本发明双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度监测分析系统及其制备方法及应用的有益效果是：
(1)传感系统可以实现自驱动
使用FEP-Cu双发式摩擦纳米发电机实现传感系统自驱动。FEP-Cu双发式摩擦纳米发电机的核心部分FEP薄膜和铜箔的尺寸为5cm×10cm，可以作为鞋垫放入鞋中。通过摩擦电特性产生的最大输出功率可达12208μW。该输出功率能够驱动微型湿度传感器，不需电池供电。
(2)传感器灵敏度高、响应线性度高
相比普通的微型湿度传感器，基于多孔活性炭修饰的膜状壳聚糖敏感材料的微型湿度传感器对湿度的灵敏度更高(电阻改变量达到82.5kΩ/RH)，并且响应线性度高(R2＝0.98)，可以满足在环境检测和健康监测领域对湿度实时高精度测量的需求。
(3)传感器的输出数据可以实现无线传输和即时分析
将呼吸数据导入系统APP后可自动分析呼吸的类型以及潜在的身体状况并给出文字说明。将湿度传感器两端的电压接入单片机的ADC数据采集口并通过WIFI模块可实现在智能移动终端监测环境湿度变化和人的呼吸状况。
附图说明
图1为本发明实施例FEP-Cu双发式摩擦纳米发电机的结构示意图；
图2为本发明实施例湿度传感器的结构示意图；
图3为本发明实施例双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度传感监测分析系统的信号处理电路实物图和线路分布图；
图4(a)为本发明实施例FEP-Cu双发式摩擦纳米发电机的实物照图；
(b)为本发明实施例输出电压/电流与负载电阻间的关系测试结果图；
图5(a)为本发明实施例基于FEP-Cu双发式摩擦纳米发电机制作的鞋垫式样板摩擦纳米发电机图；
(b)为此鞋垫式摩擦纳米发电机收集人走路时的机械能的电压输出特性图；
图6为本发明实施例多孔活性炭修饰的膜状壳聚糖敏感材料的扫描电子显微镜图；
图7为本发明实施例双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度传感监测分析系统模拟测试图；
图8为本发明实施例双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度传感监测分析系统在不同相对湿度下的输出电压信号图；
图9(a)为本发明实施例纯壳聚糖器件在不同相对湿度下的电阻变化特性曲线图；
(b)为本发明实施例活性炭修饰的壳聚糖器件在不同相对湿度下的电阻变化特性曲线图；
图10(a)-(d)为本发明实施例数据分析APP分析呼吸波形的分析结果图；
(e)、(f)为本发明实施例利用WIFI模块实现的在智能终端监测手指靠近和呼吸特性的变化图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明；
实施例1：
如图1-10所示，一种双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度监测分析系统，所述系统包括双发式摩擦纳米发电机、微型湿度传感器、数据分析APP和WIFI数据传输模块；
所述湿度传感器包括基底，设于基底上端面的湿度敏感材料，两个分别设于湿度敏感材料两端的传感器金属电极；
所述双发式摩擦纳米发电机由外至内依次对称分布有两个支撑板、两个海绵双面胶填充层和两个发电机金属电极，所述两个发电机金属电极上分别固定有氟化乙烯丙烯共聚物薄膜发电层，所述两个氟化乙烯丙烯共聚物薄膜发电层的中间部位还由内至外对称分布有一个支撑板，两个泡沫双面胶填充层和两个发电机金属电极；图4(a)为FEP-Cu双发式摩擦纳米发电机的实物照图，实验中采用线性电机的往复运动代替人走路的动作去驱动。图5(a)为基于FEP-Cu双发式摩擦纳米发电机制作的鞋垫式样板摩擦纳米发电机图；图5(b)为此鞋垫式摩擦纳米发电机收集人走路时的机械能的电压输出特性图；
所述湿度传感器与一定值电阻串联，所述双发式摩擦纳米发电机与湿度传感器通过整流稳压电路模块相连。
所述双发式摩擦纳米发电机在往复运动过程中可两次产生脉冲电压。
所述电阻的阻值为20MΩ，所述双发式摩擦纳米发电机的输出电信号经过所述整流稳压以后以固定直流电压给湿度传感器和电阻供电，所述固定直流电压值为48V。图4(b)为输出电压/电流与负载电阻间的关系测试结果图；
所述发电机金属电极的材料为Al、Cu和Ag中的一种，所述传感器金属电极的材料为Au、Ag、Cu、Al和Ni中的一种，所述传感器金属电极的厚度为20纳米，所述发电机金属电极的厚度为60微米。
所述湿度敏感材料为多孔活性炭修饰的壳聚糖薄膜，所述活性炭的孔径为5-25微米，所述壳聚糖薄膜的厚度为5-8纳米。壳聚糖购自国药试剂有限公司。
图6为本多孔活性炭修饰的膜状壳聚糖敏感材料的扫描电子显微镜图；所述湿度敏感材料的湿敏原理为：未经处理的多孔活性炭可作为壳聚糖的支撑框架，扩大壳聚糖的比表面积；同时，多孔活性炭的吸水能力弱会增加脱水能力，在湿度值变化的时候实现快速响应；
多孔活性炭能够撑起更多的壳聚糖薄膜，使壳聚糖薄膜之间不会因为互相重叠而减少活性位点的个数，因此壳聚糖和多孔活性炭的组合可以提供更多的吸附水分子的活性位点，使水分子被壳聚糖敏感膜表面大量的氨基和羟基所吸引，氢键会在水分子和壳聚糖上的亲水基团之间形成，羟基中的氢原子可与水分子中的氧原子形成氢键，而氨基中的氮原子可与水分子中的氢原子形成氢键。
在水分子的量较少的低湿条件下，敏感膜上的活性位点足够，因此很快就达到平衡；在高湿条件下，壳敏感膜的表面会先形成一层吸附水层，过量的水分子会以氢键的形式和吸附水层相结合；
在壳聚糖中加入多孔活性炭一方面可以扩大敏感膜整体的孔隙化程度，另一方面是降低器件的电阻，多孔活性炭的加入可以把纯壳聚糖传感器的电阻从400MΩ级降至10MΩ级，并且使传感器整体的测量线性度有了大幅提高。
所述支撑板材料为椴木板和桦木板中的一种，厚度为2毫米，所述基底为硅、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺中的一种。
实验中获取的呼吸数据导入系统APP后可自动分析呼吸的类型以及潜在的身体状况并给出文字说明。将湿度传感器两端的电压接入单片机的ADC数据采集口并通过WIFI模块可实现在智能移动终端监测环境湿度变化和人的呼吸状况。
本发明还包括一种制备双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度监测分析系统的方法，(1)制备湿度传感器
(1-1)制备湿度敏感材料；
(1-2)将湿度敏感材料附着于基底表面，并将传感器金属电极设于气体敏感材料的两端；
(2)制备摩擦纳米发电机
制备4块模块：椴木板作为支撑板，海绵双面胶被贴在椴木板上作为缓冲层，铜箔被贴在海绵双面胶的表面，同时从铜箔的表面引出导线；取其中两块模块，在铜箔的表面贴上氟化乙烯丙烯共聚物薄膜，并作为可动电极；另外两块被固定在发电机的底板上作为不可动电极；
(3)连接二氧化氮气体传感器和摩擦纳米发电机。
具体的制备方法为：
(1)制备湿度传感器
(1-1)制备湿度敏感材料；
在氮气环境下将脱水木屑和磷酸溶液充分混合后在110℃下干燥脱水，再在管式炉中于425℃氮气环境下加热2小时制得多孔活性炭；
将活性炭在玛瑙研钵中充分研磨粉碎，在25mL去离子水中加入25mg壳聚糖和30mg活性炭，之后磁力搅拌30分钟，制得多孔活性炭修饰的壳聚糖；
(1-2)用喷枪在被清洗过的基体表面喷涂三次多孔活性炭修饰的壳聚糖溶液，置于60℃的干燥箱中干燥60分钟，将传感器金属电极设于气体敏感材料的两端，获得湿度传感器；
(2)制备摩擦纳米发电机
制备4块模块：椴木板作为支撑板，海绵双面胶被贴在椴木板上作为缓冲层，铜箔被贴在海绵双面胶的表面，同时从铜箔的表面引出导线；取其中两块模块，在铜箔的表面贴上氟化乙烯丙烯共聚物薄膜，并作为可动电极；另外两块被固定在发电机的底板上作为不可动电极，将氟化乙烯丙烯共聚物膜的表面用纳米级砂纸打磨以提高其表面粗糙度，将铜箔表面用绉纸擦试，以提高其干燥度和粗糙度；
(3)连接湿度传感器和摩擦纳米发电机。
将湿度传感器与一定值电阻串联，所述双发式摩擦纳米发电机与湿度传感器通过整流稳压电路模块连接；将湿度传感器两端的电压接入单片机的ADC数据采集口并通过WIFI模块与数据分析APP实现通讯。
本发明还包括一种双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度监测分析系统的应用，所述微型气体检测系统可用于检测人体表面及环境湿度，监测人体的呼吸状况。
该微型湿度传感器与传统的微型湿度传感器相比具有更高的灵敏度、更快的响应速度和更好的响应线性度。FEP-Cu双发式摩擦纳米发电机将环境中的机械能转化为电能，进而驱动微型湿度传感器，不需要电池供电，避免传感器对电池电源的依赖，为自驱动、高性能化学传感技术的发展奠定基础。
实施例2：
FEP-Cu双发式摩擦纳米发电机纳米发电机具体加工流程如下：
如图1所示，包括椴木支撑板(1-1)、3M海绵双面胶衬底(1-2)、铜箔电极(1-3)、氟化乙烯丙烯共聚物薄膜(FEP)发电层(1-4)。椴木板作为支撑板，海绵双面胶被贴在椴木板上作为缓冲层。铜箔胶带被贴在海绵的表面，同时从铜箔的表面引出导线。上述模块共做了4块，取其中两块，在铜箔的表面贴上FEP薄膜，之后把这两块作为可动电极。另外两块被固定在底板上作为不可动电极。为了提高摩擦纳米发电机的输出性能，FEP膜的表面被纳米级砂纸打磨以提高其表面粗糙度。铜箔表面被绉纸擦试过以提高其干燥度和粗糙度。摩擦纳米发电机的有效发电面积是50cm2(5cmⅹ10cm)，实验中采用线性电机的往复运动代替人走路的动作进行驱动。
实施例3：
微纳湿度传感器加工与传感系统测试：
如图2所示，微纳湿度传感器包括湿度敏感材料(2-3)、传感器金属电极(2-2)、传感器基底(2-1)。通过光刻、溅射、剥离等微加工工艺在PET基底(2-1)上加工Ni/Cr电极(2-2)。在氮气环境下高温加热脱水木屑制得多孔活性炭。将活性炭在玛瑙研钵中充分研磨粉碎，在25mL去离子水中加入25mg壳聚糖和30mg活性炭，之后磁力搅拌30分钟。用喷枪在被清洗过的电极表面喷涂混合物溶液，轻触扳机喷涂三次。最后与60℃的干燥箱中干燥60分钟获得所需器件。
如图3所示，将微型湿度传感器放置在标准相对湿度瓶中，并通过整流稳压模块将其连接到FEP-Cu双发式摩擦纳米发电机，形成图7的自供电的湿度传感监测分析系统。
图8显示了在不同相对湿度下微型湿度传感器上的分压。随着相对湿度值从0％增加到97％，电压显着降低。当相对湿度值变为0％，电压值重新恢复到最初数值。
图9为对比纯壳聚糖与活性炭修饰后的壳聚糖在不同相对湿度下的电阻变化，活性炭修饰后的壳聚糖具有更高响应线性度(R2＝0.98)，且灵敏度比传统的微纳湿度传感器更高(电阻改变量达到82.5kΩ/RH)。该传感器在后续的实际应用测试中可以实现对呼吸特性的明显分辨。同时该传感器也可用于监测手指距传感器表面的距离。
实施例4：
呼吸特性特分析和WIFI无线数据传输：
对不同状态下的呼吸数据进行了采样分析：
图10(a)、(b)、(c)分别对应于慢速、正常和快速呼吸的分析结果。在程序中，设定小于10次/分钟的呼吸速率代表慢速呼吸，10～14次/分钟的呼吸速率代表正常呼吸，大于14次/分钟的呼吸速率代表快速呼吸。利用这一方法就可以对未知的呼吸数据进行分析，从而判断人的呼吸状况。
图10(d)是人处于短暂窒息状态下的呼吸波形分析结果。结合前四个图可见我们的分析程序具有很高的准确度。此外，我们还利用了STM32F103单片机、WIFI模块和平板电脑实现了检测数据的实时无线传输。实验中将湿度传感器两端的电压接入单片机的ADC数据采集口并通过WIFI模块与平板电脑实现通讯。
图10(e)是手指靠近的测试图。
图10(f)对应于33Hz/min的快速呼吸和间歇式呼吸的测试结果。
本发明提出的这种微型湿度传感器具有更高的灵敏度、更快的响应速度和更好的响应线性度，并通过FEP-Cu双发式摩擦纳米发电机将环境中的机械能转化为电能，不需要电池供电，避免传感器对电池电源的依赖。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度监测分析系统，其特征在于：所述系统包括双发式摩擦纳米发电机、微型湿度传感器、数据分析APP和WIFI数据传输模块；
所述湿度传感器包括基底，设于基底上端面的湿度敏感材料，两个分别设于湿度敏感材料两端的传感器金属电极；
所述双发式摩擦纳米发电机由外至内依次对称分布有两个支撑板、两个海绵双面胶填充层和两个发电机金属电极，所述两个发电机金属电极上分别固定有氟化乙烯丙烯共聚物薄膜发电层，所述两个氟化乙烯丙烯共聚物薄膜发电层的中间部位还由内至外对称分布有一个支撑板，两个海绵双面胶填充层和两个发电机金属电极；
所述湿度传感器与一定值电阻串联，所述双发式摩擦纳米发电机与湿度传感器通过整流稳压电路模块相连。
2.根据权利要求1所述的双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度监测分析系统，其特征是：所述双发式摩擦纳米发电机在往复运动过程中可两次产生脉冲电压。
3.根据权利要求1所述的双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度监测分析系统，其特征是：所述电阻的阻值为20MΩ，所述双发式摩擦纳米发电机的输出电信号经过所述整流稳压以后以固定直流电压给湿度传感器和电阻供电，所述固定直流电压值为48V。
4.根据权利要求1所述的双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度监测分析系统，其特征是：所述发电机金属电极的材料为Al、Cu和Ag中的一种，所述传感器金属电极的材料为Au、Ag、Cu、Al和Ni中的一种，所述传感器金属电极的厚度为20纳米，所述发电机金属电极的厚度为60微米。
5.根据权利要求1所述的双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度监测分析系统，其特征是：所述湿度敏感材料为多孔活性炭修饰的壳聚糖薄膜，所述活性炭的孔径为5-25微米，所述壳聚糖薄膜的厚度为5-8纳米。
6.根据权利要求5所述的双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度监测分析系统，其特征是，所述湿度敏感材料的湿敏原理为：未经处理的多孔活性炭可作为壳聚糖的支撑框架，扩大壳聚糖的比表面积；同时，多孔活性炭的吸水能力弱会增加脱水能力，在湿度值变化的时候实现快速响应；
多孔活性炭能够撑起更多的壳聚糖薄膜，使壳聚糖薄膜之间不会因为互相重叠而减少活性位点的个数，因此壳聚糖和多孔活性炭的组合可以提供更多的吸附水分子的活性位点，使水分子被壳聚糖敏感膜表面大量的氨基和羟基所吸引，氢键会在水分子和壳聚糖上的亲水基团之间形成，羟基中的氢原子可与水分子中的氧原子形成氢键，而氨基中的氮原子可与水分子中的氢原子形成氢键。
在水分子的量较少的低湿条件下，敏感膜上的活性位点足够，因此很快就达到平衡；在高湿条件下，壳敏感膜的表面会先形成一层吸附水层，过量的水分子会以氢键的形式和吸附水层相结合；
在壳聚糖中加入多孔活性炭一方面可以扩大敏感膜整体的孔隙化程度，另一方面是降低器件的电阻，多孔活性炭的加入可以把纯壳聚糖传感器的电阻从400MΩ级降至10MΩ级，并且使传感器整体的测量线性度有了大幅提高。
7.根据权利要求1所述的双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度监测分析系统，其特征是：
所述支撑板材料为椴木板和桦木板中的一种，厚度为2毫米，所述基底为硅、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺中的一种。
8.一种制备权利要求1-7任一项所述的双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度监测分析系统的方法，其特征是：
(1)制备湿度传感器
(1-1)制备湿度敏感材料；
(1-2)将湿度敏感材料附着于基底表面，并将传感器金属电极设于气体敏感材料的两端；
(2)制备摩擦纳米发电机
制备4块模块：椴木板作为支撑板，海绵双面胶被贴在椴木板上作为缓冲层，铜箔被贴在海绵双面胶的表面，同时从铜箔的表面引出导线；取其中两块模块，在铜箔的表面贴上氟化乙烯丙烯共聚物薄膜，并作为可动电极；另外两块被固定在发电机的底板上作为不可动电极；
(3)连接二氧化氮气体传感器和摩擦纳米发电机。
9.根据权利要求8所述的双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度监测分析系统的制备方法，其特征是，具体的制备方法为：
(1)制备湿度传感器
(1-1)制备湿度敏感材料；
在氮气环境下将脱水木屑和磷酸溶液充分混合后在110℃下干燥脱水，再在管式炉中于425℃氮气环境下加热2小时制得多孔活性炭；
将活性炭在玛瑙研钵中充分研磨粉碎，在25mL去离子水中加入25mg壳聚糖和30mg活性炭，之后磁力搅拌30分钟，制得多孔活性炭修饰的壳聚糖；
(1-2)用喷枪在被清洗过的基体表面喷涂三次多孔活性炭修饰的壳聚糖溶液，置于60℃的干燥箱中干燥60分钟，将传感器金属电极设于气体敏感材料的两端，获得湿度传感器；
(2)制备摩擦纳米发电机
制备4块模块：椴木板作为支撑板，海绵双面胶被贴在椴木板上作为缓冲层，铜箔被贴在海绵双面胶的表面，同时从铜箔的表面引出导线；取其中两块模块，在铜箔的表面贴上氟化乙烯丙烯共聚物薄膜，并作为可动电极；另外两块被固定在发电机的底板上作为不可动电极，将氟化乙烯丙烯共聚物膜的表面用纳米级砂纸打磨以提高其表面粗糙度，将铜箔表面用绉纸擦试，以提高其干燥度和粗糙度；
(3)连接湿度传感器和摩擦纳米发电机。
将湿度传感器与一定值电阻串联，所述双发式摩擦纳米发电机与湿度传感器通过整流稳压电路模块连接；将湿度传感器两端的电压接入单片机的ADC数据采集口并通过WIFI模块与数据分析APP实现通讯。
10.一种权利要求1-7任一项所述的双发式摩擦纳米发电机驱动的湿度监测分析系统的应用，所述湿度监测分析系统根据权利要求8-9任一项所述的方法制备，其特征在于：所述微型气体检测系统可用于检测人体表面及环境湿度，监测人体的呼吸状况。
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