CN113008945B - 一种摩擦纳米发电机驱动的微型气体检测系统及其制备方法及应用 - Google Patents

一种摩擦纳米发电机驱动的微型气体检测系统及其制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及微型二氧化氮气体检测技术领域，特别涉及一种摩擦纳米发电机驱动的微型气体检测系统及其制备方法及应用。所述系统的二氧化氮气体传感器包括基底，设于基底上端面的气体敏感材料，两个分别设于气体敏感材料两端的传感器金属电极；系统的摩擦纳米发电机由外至内依次对称分布有两个支撑板、两个泡沫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硫酸纸薄膜发电层和聚四氟乙烯薄膜发电层。本发明具有更高的灵敏度、更好的重复性能，具有优异的选择性和长期稳定性，并通过硫酸纸‑聚四氟乙烯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

一种摩擦纳米发电机驱动的微型气体检测系统及其制备方法 及应用
技术领域
本发明涉及微型二氧化氮气体检测技术领域，特别涉及一种摩擦纳米发电机驱动的微型气体检测系统及其制备方法及应用。
背景技术
二氧化氮是大气中常见的一种有害气体，它会造成严重的环境污染并且会对人体健康造成很大损害。它主要来自于化石燃料的燃烧，汽车尾气的排放。此外，工业生产过程中也会产生大量二氧化氮。长期暴露于二氧化氮的环境中会对人的眼睛和呼吸器官有强烈的刺激作用，严重时会致人死亡。因此，对二氧化氮的检测已经得到了多个领域的广泛关注。但是传统的微型二氧化氮传感器需要有线电源，它不能满足当今低功耗、可便携性、微型化的要求，这个问题限制了这类传感器的实际应用。
随着微电子技术的发展，一种基于微机电系统(MEMS)的微型气体传感器逐步发展。它的成本低、功耗极低、体积小，为实现便携式二氧化氮检测带来希望，以期满足日常检测的需求。敏感材料是微型气体传感器的核心，也是现阶段此类传感器走向实用化的瓶颈。基于普通敏感材料的微型传感器对二氧化氮的灵敏度较低、响应速度较慢。随着人们对空气质量和及时检测要求不断提高，目前微型气体传感器的性能渐渐无法满足需求。电源技术是微型二氧化氮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，使微型气体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、高性能微型二氧化氮检测系统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，利用摩擦纳米发电机的摩擦电特性，及In2O3-SnS2敏感材料的二氧化氮气体传感特性，将环境中的机械能转化为电能，进而驱动高性能微型二氧化氮气体传感器进行检测，得到一种摩擦纳米发电机驱动的微型二氧化氮气体检测系统。
本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种摩擦纳米发电机驱动的微型气体检测系统，所述系统包括二氧化氮气体传感器，以及为气体传感器提供电源的摩擦纳米发电机；
所述二氧化氮气体传感器包括基底，设于基底上端面的气体敏感材料，两个分别设于气体敏感材料两端的传感器金属电极；
所述摩擦纳米发电机由外至内依次对称分布有两个支撑板、两个泡沫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硫酸纸薄膜发电层和聚四氟乙烯薄膜发电层；
所述发电机金属电极与传感器金属电极相连。
进一步的，所述摩擦纳米发电机的硫酸纸薄膜发电层为正极，聚四氟乙烯薄膜发电层为负极。
进一步的，所述硫酸纸薄膜发电层的厚度为100微米，所述聚四氟乙烯薄膜发电层的厚度为130微米。
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、Pt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，所述气体敏感材料为In2O3纳米立方体修饰的SnS2花状纳米结构，所述In2O3的直径为100纳米，所述SnS2的直径为1微米。
进一步的，所述气体敏感材料，In2O3-SnS2的二氧化氮气体传感原理为：In2O3和SnS2为n型半导体，其中电子是主要的载流子；在空气中，氧分子从In2O3和SnS2材料表面捕获自由电子形成O2 -；当传感器暴露于二氧化氮气体中时，由于二氧化氮分子具有高度亲电性，二氧化氮分子不仅会提取传感层的电子，还会与O2 -发生反应消耗电子，反应方程式为：NO2(gas)+O2 -(ads)+2e-→NO2 -(ads)+2O-(ads)，这会导致多数载流子的减少，传感器电阻增加；当重新切换到空气中时，被二氧化氮捕获的电子会返回到材料中，使电阻恢复到初始状态；此外，In2O3纳米立方体修饰后的SnS2花状纳米结构，In2O3与SnS2之间会产生n-n异质结，当暴露于NO2气体中时，异质结中的载流子浓度通过消耗电子而进一步降低，导致两种材料界面处的耗尽层变宽，即增加了传感器的电阻，进一步提高敏感材料对二氧化氮气体的灵敏度。
进一步的，
所述支撑板的材料为椴木板和桦木板中的一种，所述支撑板的厚度为2毫米；所述基底的材料为硅和聚酰亚胺中的一种，所述基底的厚度为100-500微米。
本发明还包括一种制备摩擦纳米发电机驱动的微型气体检测系统的方法，
(1)制备二氧化氮气体传感器
(1-1)制备In2O3-SnS2敏感材料；
(1-2)将In2O3-SnS2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
将两片支撑板之间填充泡沫双面胶，再将两个发电机金属电极分别粘到两个泡沫双面胶上，将聚四氟乙烯作为负极性摩擦材料附着在其中一个发电机金属电极上，硫酸纸作为正极性摩擦材料粘附在另一层发电机金属电极上，构建成稳定的高电压摩擦纳米发电机；
(3)连接二氧化氮气体传感器和摩擦纳米发电机
将发电机金属电极与传感器金属电极相连。
进一步的，具体的制备方法为：
(1)制备二氧化氮气体传感器
(1-1)制备In2O3-SnS2敏感材料；
将硝酸铟与尿素溶液在120℃下水浴加热12小时，再在管式炉中500℃氮气环境下煅烧2小时制得In2O3纳米立方体结构；
将五水四氯化锡、硫代乙酰胺和异丙醇在180℃下水浴加热24小时制得SnS2；
将上述制备的In2O3粉末和SnS2粉末全部分别溶于10毫升去离子水中，磁力搅拌30分钟，将两种溶液按体积比2:1混合，然后超声处理1个小时，得到In2O3-SnS2敏感材料。
(1-2)通过滴涂法将In2O3-SnS2敏感材料附着于基底表面，并通过光刻、溅射、剥离的微加工工艺将传感器金属电极设于气体敏感材料两端的基底上；
(2)制备摩擦纳米发电机
将两片支撑板之间填充泡沫双面胶，再将两个发电机金属电极分别粘到两个泡沫双面胶上，将聚四氟乙烯作为负极性摩擦材料附着在其中一个发电机金属电极上，硫酸纸作为正极性摩擦材料粘附在另一层发电机金属电极上，用纳米级的砂纸对聚四氟乙烯薄膜的表面进行修饰，以增强了表面粗糙度，进而增强了表面摩擦电荷的密度，摩擦纳米发电机的有效摩擦接触面积是10×5cm2，构建成稳定的高电压摩擦纳米发电机。
(3)连接二氧化氮气体传感器和摩擦纳米发电机
将发电机金属电极与传感器金属电极相连。
本发明还包括一种摩擦纳米发电机驱动的微型气体检测系统的应用，所述微型气体检测系统可佩戴于人体，且在人体运动时，自驱动检测环境中二氧化氮气体的浓度。
本发明摩擦纳米发电机驱动的微型气体检测系统及其制备方法及应用的有益效果是：
(1)检测系统可以实现自驱动
使用硫酸纸-聚四氟乙烯式摩擦纳米发电机实现传感系统自驱动。硫酸纸-聚四氟乙烯式摩擦纳米发电机的核心部分硫酸纸和聚四氟乙烯(PTFE)薄膜的尺寸为5cm×10cm，通过摩擦电特性产生的最大输出功率可达13mW。该输出功率能够驱动微型二氧化氮气体传感器，不需电池供电，为气体传感器系统整体微型化奠定基础。
(2)传感器灵敏度高、重复性能好
相比普通的微型二氧化氮气体传感器，基于In2O3-SnS2敏感材料的微型二氧化氮气体传感器对二氧化氮的灵敏度更高(电阻改变量达到25.5kΩ/ppm)，并且响应线性度高(R2＝0.9626)，同时重复性能优异，可以满足在环境检测和健康监测领域对二氧化氮气体高精度测量的需求。
附图说明
图1为本发明实施例硫酸纸-聚四氟乙烯式摩擦纳米发电机的结构示意图；
图2为本发明实施例微型二氧化氮气体传感器的结构示意图；
图3(a)为本发明实施例硫酸纸-聚四氟乙烯式摩擦纳米发电机的实物照片；
(b)为本发明实施例基于硫酸纸-聚四氟乙烯式摩擦纳米发电机的发电稳定性能测试图；
(c)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；
(d)为本发明实施例输出功率与负载电阻间的关系测试结果图；
图4为本发明实施例硫酸纸-聚四氟乙烯式摩擦纳米发电机驱动的微型二氧化氮气体检测系统模拟测试图；
图5为本发明实施例In2O3纳米立方体修饰的SnS2花状纳米结构敏感材料的扫描电子显微镜图像；
图6(a)为本发明实施例摩擦纳米发电机驱动的微型二氧化氮气体检测系统在不同二氧化氮浓度下的输出电压信号变化趋势；
(b)为本发明实施例摩擦纳米发电机驱动的微型二氧化氮气体检测系统在50ppm浓度二氧化氮体下的重复性能测试图；
图7(a)为本发明实施例摩擦纳米发电机驱动的微型二氧化氮气体检测系统对相同浓度的不同气体的选择性测试；
(b)为本发明实施例摩擦纳米发电机驱动的微型二氧化氮气体检测系统在一个月内的长期稳定性测试；
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1-7所示，一种摩擦纳米发电机驱动的微型气体检测系统，所述系统包括二氧化氮气体传感器，以及为气体传感器提供电源的摩擦纳米发电机；
所述二氧化氮气体传感器包括基底，设于基底上端面的气体敏感材料，两个分别设于气体敏感材料两端的传感器金属电极；
所述摩擦纳米发电机由外至内依次对称分布有两个支撑板、两个泡沫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硫酸纸薄膜发电层和聚四氟乙烯薄膜发电层；
所述发电机金属电极与传感器金属电极相连。
所述摩擦纳米发电机的硫酸纸薄膜发电层为正极，聚四氟乙烯薄膜发电层为负极。
所述硫酸纸薄膜发电层的厚度为100微米，所述聚四氟乙烯薄膜发电层的厚度为130微米。
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、Pt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。
所述气体敏感材料为In2O3纳米立方体修饰的SnS2花状纳米结构，所述In2O3的直径为100纳米，所述SnS2的直径为1微米。
所述气体敏感材料，In2O3-SnS2的二氧化氮气体传感原理为：In2O3和SnS2为n型半导体，其中电子是主要的载流子；在空气中，氧分子从In2O3和SnS2材料表面捕获自由电子形成O2 -；当传感器暴露于二氧化氮气体中时，由于二氧化氮分子具有高度亲电性，二氧化氮分子不仅会提取传感层的电子，还会与O2 -发生反应消耗电子，反应方程式为：NO2(gas)+O2 -(ads)+2e-→NO2 -(ads)+2O-(ads)，这会导致多数载流子的减少，传感器电阻增加；当重新切换到空气中时，被二氧化氮捕获的电子会返回到材料中，使电阻恢复到初始状态；此外，In2O3纳米立方体修饰后的SnS2花状纳米结构，In2O3与SnS2之间会产生n-n异质结，当暴露于NO2气体中时，异质结中的载流子浓度通过消耗电子而进一步降低，导致两种材料界面处的耗尽层变宽，即增加了传感器的电阻，进一步提高敏感材料对二氧化氮气体的灵敏度。
所述支撑板的材料为椴木板和桦木板中的一种，所述支撑板的厚度为2毫米；所述基底的材料为硅和聚酰亚胺中的一种，所述基底的厚度为100-500微米。
本发明还包括一种制备摩擦纳米发电机驱动的微型气体检测系统的方法，
(1)制备二氧化氮气体传感器
(1-1)制备In2O3-SnS2敏感材料；
(1-2)将In2O3-SnS2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
将两片支撑板之间填充泡沫双面胶，再将两个发电机金属电极分别粘到两个泡沫双面胶上，将聚四氟乙烯作为负极性摩擦材料附着在其中一个发电机金属电极上，硫酸纸作为正极性摩擦材料粘附在另一层发电机金属电极上，构建成稳定的高电压摩擦纳米发电机；
(3)连接二氧化氮气体传感器和摩擦纳米发电机
将发电机金属电极与传感器金属电极相连。
进一步的，具体的制备方法为：
(1)制备二氧化氮气体传感器
(1-1)制备In2O3-SnS2敏感材料；
将硝酸铟与尿素溶液在120℃下水浴加热12小时，再在管式炉中500℃氮气环境下煅烧2小时制得In2O3纳米立方体结构；
将五水四氯化锡、硫代乙酰胺和异丙醇在180℃下水浴加热24小时制得SnS2；
将上述制备的In2O3粉末和SnS2粉末全部分别溶于10毫升去离子水中，磁力搅拌30分钟，将两种溶液按体积比2:1混合，然后超声处理1个小时，得到In2O3-SnS2敏感材料。
(1-2)通过滴涂法将In2O3-SnS2敏感材料附着于基底表面，并通过光刻、溅射、剥离的微加工工艺将传感器金属电极设于气体敏感材料两端的基底上；
(2)制备摩擦纳米发电机
将两片支撑板之间填充泡沫双面胶，再将两个发电机金属电极分别粘到两个泡沫双面胶上，将聚四氟乙烯作为负极性摩擦材料附着在其中一个发电机金属电极上，硫酸纸作为正极性摩擦材料粘附在另一层发电机金属电极上，用纳米级的砂纸对聚四氟乙烯薄膜的表面进行修饰，以增强了表面粗糙度，进而增强了表面摩擦电荷的密度，摩擦纳米发电机的有效摩擦接触面积是10×5cm2，构建成稳定的高电压摩擦纳米发电机。
(3)连接二氧化氮气体传感器和摩擦纳米发电机
将发电机金属电极与传感器金属电极相连。
本发明还包括一种摩擦纳米发电机驱动的微型气体检测系统的应用，所述微型气体检测系统可佩戴于人体，且在人体运动时，自驱动检测环境中二氧化氮气体的浓度。
该系统中包括硫酸纸-聚四氟乙烯(PTFE)式摩擦纳米发电机、微型二氧化氮气体传感器。该微型二氧化氮气体传感器与传统的微型二氧化氮气体传感器相比具有更高的灵敏度、更好的重复性能，具有优异的选择性和长期稳定性。硫酸纸-聚四氟乙烯式摩擦纳米发电机将环境中的机械能转化为电能，进而驱动微型二氧化氮气体传感器，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：
硫酸纸-聚四氟乙烯式摩擦纳米发电机具体加工流程如下：
图1为硫酸纸-聚四氟乙烯式摩擦纳米发电机的结构示意图，包括椴木支撑板(1-1)、3M泡沫双面胶填充层(1-2)、铜箔电极(1-3)、硫酸纸薄膜正极性发电层(1-4)、聚四氟乙烯薄膜(PTFE)负极性发电层(1-5)。椴木板起支撑和保护铜箔电极的作用，在两片椴木板之间填充泡沫双面胶起缓冲作用。铜箔电极粘到椴木板上用作电极。将聚四氟乙烯(PTFE)作为负极性摩擦材料附着在其中一个铜箔电极上,硫酸纸作为正极性摩擦材料粘附在另一层铜箔电极上，通过上述操作构建了稳定高电压的摩擦纳米发电机。聚四氟乙烯(PTFE)薄膜的表面用纳米级的砂纸进行修饰增强了表面粗糙度，进而增强了表面摩擦电荷的密度。摩擦纳米发电机的有效摩擦接触面积是10×5cm2。如图3a所示，为硫酸纸-聚四氟乙烯式摩擦纳米发电机的实物照片；实验中采用线性电机的往复运动来模拟人体运动去驱动摩擦纳米发电机，且电机装置的频率是可以调节的，进而可以模拟各种人体运动。如图3b为基于硫酸纸-聚四氟乙烯式摩擦纳米发电机的发电稳定性能测试图；如图3c为输出电压/电流与负载电阻间的关系测试结果图；如图3d为输出功率与负载电阻间的关系测试结果图。
实施例3：
微型二氧化氮气体传感器加工与传感系统测试：
图2为微型二氧化氮气体传感器的结构示意图，包括气体敏感材料(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传感器基底(2-1)上加工Ni/Cr金属电极(2-2)。通过水热法、煅烧法制备In2O3-SnS2气体敏感材料(2-3)。通过滴涂法将In2O3-SnS2敏感材料附着在PET基底表面。将微型二氧化氮气体传感器放置在气体测试腔室中，摩擦纳米发电机金属电极(1-3)直接与微型二氧化氮气体传感器金属电极(2-2)相连，如图4所示形成自供电的微型二氧化氮气体检测系统。
图6a显示了在不同浓度的二氧化氮中，摩擦纳米发电机的输出电压在微型二氧化氮气体传感器上的分压。随着二氧化氮浓度从0增加到50ppm，电压显着增加。通过对比纯的In2O3与SnS2，In2O3-SnS2具有更高的灵敏度(电阻改变量达到25.5kΩ/ppm)，且灵敏度比传统的微型二氧化氮气体传感器更高。
图6b显示了在50ppm浓度的二氧化氮中，硫酸纸-聚四氟乙烯式摩擦纳米发电机驱动的微型二氧化氮气体检测系统的重复性测试，可以看出在空气和50ppm浓度二氧化氮中反复切换三次，电压都能回到初始值，表现出优异的重复性。
微型二氧化氮气体传感器对20ppm的甲醛，二氧化硫，一氧化碳，氨气，二氧化氮的响应如图7a所示，传感器对二氧化氮的响应最大，表现出良好的选择性。
图7b显示了一个月内每隔七天对硫酸纸-聚四氟乙烯式摩擦纳米发电机驱动的微型二氧化氮气体检测系统进行长期稳定性测试，可以看出传感器表现出良好的长期稳定性。
本发明的检测系统可以实现自驱动，使用硫酸纸-聚四氟乙烯式摩擦纳米发电机实现传感系统自驱动。硫酸纸-聚四氟乙烯式摩擦纳米发电机的核心部分硫酸纸和聚四氟乙烯(PTFE)薄膜的尺寸为5cm×10cm，通过摩擦电特性产生的最大输出功率可达13mW。该输出功率能够驱动微型二氧化氮气体传感器，不需电池供电，为气体传感器系统整体微型化奠定基础。
本发明的气体传感器灵敏度高、重复性能好，相比普通的微型二氧化氮气体传感器，基于In2O3-SnS2敏感材料的微型二氧化氮气体传感器对二氧化氮的灵敏度更高(电阻改变量达到25.5kΩ/ppm)，并且响应线性度高(R2＝0.9626)，同时重复性能优异，可以满足在环境检测和健康监测领域对二氧化氮气体高精度测量的需求。
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 (9)

1.一种摩擦纳米发电机驱动的微型气体检测系统，其特征在于：所述系统包括二氧化氮气体传感器，以及为气体传感器提供电源的摩擦纳米发电机；
所述二氧化氮气体传感器包括基底，设于基底上端面的气体敏感材料，两个分别设于气体敏感材料两端的传感器金属电极；
所述摩擦纳米发电机由外至内依次对称分布有两个支撑板、两个泡沫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硫酸纸薄膜发电层和聚四氟乙烯薄膜发电层；
所述发电机金属电极与传感器金属电极相连；
所述气体敏感材料为In2O3纳米立方体修饰的SnS2花状纳米结构，所述In2O3的直径为100纳米，所述SnS2的直径为1微米。
2.根据权利要求1所述的摩擦纳米发电机驱动的微型气体检测系统，其特征是：所述摩擦纳米发电机的硫酸纸薄膜发电层为正极，聚四氟乙烯薄膜发电层为负极。
3.根据权利要求1所述的摩擦纳米发电机驱动的微型气体检测系统，其特征是：所述硫酸纸薄膜发电层的厚度为100微米，所述聚四氟乙烯薄膜发电层的厚度为130微米。
4.根据权利要求1所述的摩擦纳米发电机驱动的微型气体检测系统，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、Pt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所述的摩擦纳米发电机驱动的微型气体检测系统，其特征是，所述气体敏感材料，In2O3-SnS2的二氧化氮气体传感原理为：In2O3和SnS2为n型半导体，其中电子是主要的载流子；在空气中，氧分子从In2O3和SnS2材料表面捕获自由电子形成O2 -；当传感器暴露于二氧化氮气体中时，由于二氧化氮分子具有高度亲电性，二氧化氮分子不仅会提取传感层的电子，还会与O2 -发生反应消耗电子，反应方程式为：NO2(gas)+O2 -(ads)+2e-→NO2 -(ads)+2O-(ads)，这会导致多数载流子的减少，传感器电阻增加；当重新切换到空气中时，被二氧化氮捕获的电子会返回到材料中，使电阻恢复到初始状态；此外，In2O3纳米立方体修饰后的SnS2花状纳米结构，In2O3与SnS2之间会产生n-n异质结，当暴露于NO2气体中时，异质结中的载流子浓度通过消耗电子而进一步降低，导致两种材料界面处的耗尽层变宽，即增加了传感器的电阻，进一步提高敏感材料对二氧化氮气体的灵敏度。
6.根据权利要求1所述的摩擦纳米发电机驱动的微型气体检测系统，其特征是：
所述支撑板的材料为椴木板和桦木板中的一种，所述支撑板的厚度为2毫米；所述基底的材料为硅和聚酰亚胺中的一种，所述基底的厚度为100-500微米。
7.一种制备权利要求1-6任一项所述的摩擦纳米发电机驱动的微型气体检测系统的方法，其特征是：
(1)制备二氧化氮气体传感器
(1-1)制备In2O3-SnS2敏感材料；
(1-2)将In2O3-SnS2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将两片支撑板之间填充泡沫双面胶，再将两个发电机金属电极分别粘到两个泡沫双面胶上，将聚四氟乙烯作为负极性摩擦材料附着在其中一个发电机金属电极上，硫酸纸作为正极性摩擦材料粘附在另一层发电机金属电极上，构建成稳定的高电压摩擦纳米发电机；
(3)连接二氧化氮气体传感器和摩擦纳米发电机将发电机金属电极与传感器金属电极相连。
8.根据权利要求7所述的摩擦纳米发电机驱动的微型二氧化氮气体检测系统的制备方法，其特征是，具体的制备方法为：
(1)制备二氧化氮气体传感器
(1-1)制备In2O3-SnS2敏感材料；
将硝酸铟与尿素溶液在120℃下水浴加热12小时，再在管式炉中500℃氮气环境下煅烧2小时制得In2O3纳米立方体结构；
将五水四氯化锡、硫代乙酰胺和异丙醇在180℃下水浴加热24小时制得SnS2；
将上述制备的In2O3粉末和SnS2粉末全部分别溶于10毫升去离子水中，磁力搅拌30分钟，将两种溶液按体积比2:1混合，然后超声处理1个小时，得到In2O3-SnS2敏感材料；
(1-2)通过滴涂法将In2O3-SnS2敏感材料附着于基底表面，并通过光刻、溅射、剥离的微加工工艺将传感器金属电极设于气体敏感材料两端的基底上；
(2)制备摩擦纳米发电机
将两片支撑板之间填充泡沫双面胶，再将两个发电机金属电极分别粘到两个泡沫双面胶上，将聚四氟乙烯作为负极性摩擦材料附着在其中一个发电机金属电极上，硫酸纸作为正极性摩擦材料粘附在另一层发电机金属电极上，用纳米级的砂纸对聚四氟乙烯薄膜的表面进行修饰，以增强了表面粗糙度，进而增强了表面摩擦电荷的密度，摩擦纳米发电机的有效摩擦接触面积是10×5cm2，构建成稳定的高电压摩擦纳米发电机；
(3)连接二氧化氮气体传感器和摩擦纳米发电机
将发电机金属电极与传感器金属电极相连。
9.一种权利要求1-6任一项所述的摩擦纳米发电机驱动的微型气体检测系统的应用，所述微型气体检测系统根据权利要求7-8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佩戴于人体，且在人体运动时，自驱动检测环境中二氧化氮气体的浓度。
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