CN113109392A - 一种基于水蒸发诱导自驱动雨滴ph传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器，其包括亲疏水自支撑多孔碳纳米膜、环氧树脂、碳纳米管导电电极和PH值显示表。由于不同PH值的雨水中H⁺离子的浓度不同，因此在碳纳米孔道出口处富集的H⁺离子浓度不同，形成不同的电势差和不同的输出电流大小，PH值越小H⁺离子浓度越高，电势差和输出电流越大，反之电势差和输出电流越小，由此PH值显示表使输出电流的大小与ph值一一对应，以实现自驱动雨滴PH值探测。该传感器无需外界电力或内部集成电池供电，通过蒸发过程自发主动地将PH值信息反映到输出电信号里，从而实现雨水PH值自驱动的实时监测与酸雨自驱动报警。

Description

一种基于水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器及其制备方法

技术领域

本发明属于能量收集技术、传感器技术、碳纳米材料领域，具体涉及一种基于水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器及其制备方法。

背景技术

PH值小于5.6的雨雪或其他形式的降水即为酸雨。酸雨可以使土壤酸化，加速土壤中的矿物质营养元素流失，使土壤变得贫瘠，植物变得矮小瘦弱；酸雨会促进土壤中铝的释放，活性铝的增加会严重抑制树木的生长；酸雨还会诱发植物病虫害，抑制有益微生物的繁殖，降低酶活性，使农作物大幅度减产。酸雨可以腐蚀非金属建筑物，使建筑物表面水泥溶解，出现孔洞和裂纹，使建筑物变黑变脏，影响城市的美观；对于历史建筑物的保护，更是产生巨大的威胁。酸雨还会危害人体健康，使儿童免疫功能下降，慢性咽炎、支气管哮喘发病率增加等。

大自然中，酸雨来源于动植物腐化分解后的某些硫化物、火山爆发喷出的二氧化硫气体、森林火灾、闪电合成等。自然界中形成的酸雨仅占小部分，危害最大的是近年来的人工排放。煤、石油和天然气等化石燃料中都含有硫，燃烧后会产生大量的二氧化硫气体，还有石油的炼制产生的气体和汽车排除的尾气等，都会进入大气中，成为酸雨的来源。自七八十年代以来，我国对化石燃料的需求与日俱增，重工业生产过程中的废气和城市中汽车尾气的大量排放，都严重的污染着生态环境，使我国成为仅次于欧美的全球第三个主要酸雨地区，对酸雨的监测是维护生态环境中必不可少的一步措施。

一般的酸雨检测方法是人工采样或自动采样后，进行PH测定。需要人工采样或进行人工维护。然而，对于环境酸雨检测网络中数量庞大的传感器结点，若采用人工采样或人工进行电力维护，就显得不切实际。因此，有必要设计开发一种可以实时地从环境中获取能量来进行PH检测的器件，从而节省人力成本与运营成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种基于水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种基于水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器，包括亲疏水自支撑多孔碳纳米膜、环氧树脂3、碳纳米管导电电极4和PH值显示表5；

所述亲疏水自支撑多孔碳纳米膜的两端均具有所述碳纳米管导电电极4，两个导电电极之间连接所述PH值显示表5；

所述亲疏水自支撑多孔碳纳米膜具有亲水区2和疏水区1，由自支撑多孔碳纳米膜经过PFDTS稀溶液修饰而成，所述PFDTS稀溶液包括体积分数为10％的1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷(PFDTS)异丙醇溶液和质量分数为1％的冰醋酸，使用所述PFDTS稀溶液修饰所述自支撑多孔碳纳米膜的一侧，且修饰的区域占整个所述自支撑多孔碳纳米膜面积的1/5至1/3；

距离亲疏水交界处2mm-5mm外的亲水区2均涂覆有所述环氧树脂3，且所述环氧树脂3覆盖所述疏水区1和亲水区2上的导电电极。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，所述自支撑多孔碳纳米膜包括碳黑和玻璃微纤维6。

进一步的，所述碳纳米管导电电极4采用碳纳米管墨水制备。

进一步的，所述PH值显示表5由电压表或LED阵列改装制得。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种基于水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器的制备方法，包括以下步骤：

S1：配制体积分数为10％的1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷(PFDTS)异丙醇溶液，使用前再加入质量分数为1％的冰醋酸，获得PFDTS稀溶液，使用所述PFDTS稀溶液在自支撑多孔碳纳米膜的一侧进行多次滴涂，滴涂的区域占整个自支撑多孔碳纳米膜面积的1/5至1/3，得到亲疏水自支撑多孔碳纳米膜，所述亲疏水自支撑多孔碳纳米膜具有亲水区2和疏水区1；

S2：将碳纳米管墨水印刷在所述亲疏水自支撑多孔碳纳米膜的两端，形成碳纳米管导电电极4；

S3：使用导线将碳纳米管导电电极4和PH值显示表5连接；

S4：在距离亲疏水交界处2mm-5mm外的亲水区2涂覆环氧树脂3，且所述环氧树脂3覆盖所述疏水区1和亲水区2上的导电电极。

进一步的，所述自支撑多孔碳纳米膜的制备方法，包括以下步骤：

S01：将甲苯碳黑、乙基纤维素和松节油透醇加入乙醇中超声混匀后，得到碳黑分散液，其中，甲苯碳黑、乙基纤维素、松节油透醇和乙醇的质量比为1:1:3:40，甲苯碳黑的含量为1g-5g；

S02：将剪碎的玻璃微纤维滤膜放入乙醇，搅拌分散后得到10mg/ml-20mg/ml的玻璃微纤维乙醇分散液；

S03：将同体积的所述碳黑分散液和所述玻璃微纤维乙醇分散液混合，经过12小时磁力搅拌后，在30℃-120℃油浴中进行浓缩形成浆料；

S04：将所述浆料均匀地印刷在衬底上，待浆料干燥定型后进行退火处理，而后冷却至室温后取出，将所述衬底剥离，得到所述自支撑多孔碳纳米膜。

进一步的，所述步骤S1之前，还包括步骤S05：将所述自支撑多孔碳纳米膜放于等离子清洗机中进行等离子体处理。

进一步的，所述步骤S1之后，还包括步骤S11：

将所述亲疏水自支撑多孔碳纳米膜浸泡在质量分数为0.05wt％的PEI水溶液中，在70℃水浴中加热60分钟，用蒸馏水三次浸泡洗涤，去除表面多余的PEI分子，而后放入浓度为0.05wt％的戊二醛水溶液中，使戊二醛分子与吸附在所述亲疏水自支撑多孔碳纳米膜表面的PEI分子链发生交联反应，经过120分钟的反应后取出，多次用水清洗后烘干，得到PEI改性后的亲疏水自支撑多孔碳纳米膜。

进一步的，所述步骤S11之后，还包括步骤S12：

在聚四氟乙烯反应釜中倒入BTCA浓度为0.5mg/mL的DMF溶液，将PEI改性后的亲疏水自支撑多孔碳纳米膜浸没在DMF溶液中，再将反应釜放入不锈钢耐压壳中，然后在105℃烘箱中反应4小时，使BTCA与PEI进行酰胺化反应；

反应釜自然冷却至室温后将多孔碳纳米膜取出，用纯水多次浸洗后晾干，得到BTCA改性后的亲疏水自支撑多孔碳纳米膜。

进一步的，所述退火处理具体为在空气氛围中进行350℃的退火处理，升温时间为180分钟，保温时间为150分钟。

进一步的，所述亲疏水自支撑多孔碳纳米膜的宽度、长度和厚度分别为0.5cm～2cm、3cm～7cm和50um～100um。

进一步的，所述碳纳米管导电电极4的长度与所述亲疏水自支撑多孔碳纳米膜的宽度相同，所述碳纳米管导电电极4的宽度为2mm～5mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的一种水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器，解决了人工采样时，降尘落入样品中的问题；简化了采样后再检测PH值的流程；可以通过雨水蒸发与碳纳米孔道界面作用发电，无需外界电力或内部集成电池供电，可以通过蒸发过程自发主动地将PH值信息反映到输出电信号里，从而可以实现雨水PH值自驱动的实时监测。

附图说明

图1为本发明第一实施例的一种基于水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器的结构示意图；

图2为本发明第一实施例的一种基于水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器的原理示意图，其中(a)为正常雨滴，(b)为酸雨情况；

图3为本发明第一实施例的一种基于水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器的应用实例示意图，其中(a)为贴附于汽车时，(b)贴附于房屋时。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、疏水区，2、亲水区，3、环氧树脂，4、碳纳米管导电电极，5、PH值显示表，6、玻璃微纤维。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明第一实施例提供的一种基于水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器，包括亲疏水自支撑多孔碳纳米膜、环氧树脂3、碳纳米管导电电极4和PH值显示表5；

所述亲疏水自支撑多孔碳纳米膜的两端均具有所述碳纳米管导电电极4，两个导电电极之间连接所述PH值显示表5；

所述亲疏水自支撑多孔碳纳米膜具有亲水区2和疏水区1，由自支撑多孔碳纳米膜经过PFDTS稀溶液修饰而成，所述PFDTS稀溶液包括体积分数为10％的1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷(PFDTS)异丙醇溶液和质量分数为1％的冰醋酸，使用所述PFDTS稀溶液修饰所述自支撑多孔碳纳米膜的一侧，且修饰的区域占整个所述自支撑多孔碳纳米膜面积的1/5至1/3；

距离亲疏水交界处2mm-5mm外的亲水区2均涂覆有所述环氧树脂3，且所述环氧树脂3覆盖所述疏水区1和亲水区2上的导电电极。

上述实施例中，所述亲疏水自支撑多孔碳纳米膜用于水蒸发诱导发电。所述自支撑多孔碳纳米膜经过PFDTS稀溶液修饰，被修饰部分具有超疏水性，未修饰部分有亲水性，雨水可以定向的从疏水区向亲水区流动。此外，距离亲疏水交界处2mm-5mm内的亲水区2不涂覆环氧树脂3，其余亲水区部分均涂覆有环氧树脂，确保雨水只从一端渗入多孔碳纳米膜，向另一端定向流动。

该传感器的自驱动原理和PH值监测原理如图2所示。在固体与液体接触时，由于固体表面的电荷或化学势的作用，液体中的某种带电电荷会被吸附到固体表面，而与被吸附离子电荷相反的离子也会被吸附到固液界面附近，形成双电层。而在双电层扩散层Debye长度以内，阴阳离子的数量是不对等的，当一个固体通道半径小到双电层发生重叠时，固体通道就具有了离子选择性。本发明中，使用一种具有亲疏水性的自支撑多孔碳纳米膜，其表面zeta电势为负，且多孔通道的半径远小于纯水的Debye半径，使得通道具有阳离子选择性。

当雨滴落在亲疏水自支撑多孔碳纳米膜表面时，由于碳黑膜的亲水特性，雨水会在毛细作用下渗透进碳黑膜内，然后在蒸发作用下，继续在碳纳米孔道中流动。此时固液接触在界面处形成双电层，由于碳纳米孔道半径很小，双电层发生重叠，碳纳米孔道就具有了离子选择性，由于碳纳米孔道的阳离子选择性，使得雨水中的H+离子在碳纳米孔道出口处富集，使得碳纳米孔道口两端形成电势差。不同PH值雨水的一个显著区别就是，相同体积雨水中H+离子的浓度不同，因此当不同PH值雨水通过亲疏水自支撑多孔碳纳米膜时，在碳纳米孔道出口处富集的H+离子浓度不同，在碳纳米孔道口两端形成不同的电势差，导致输出的电流大小有所区别。根据此原理，通过雨水蒸发与碳纳米孔道界面作用发电，可以实现雨水蒸发诱导自供电雨滴PH值传感器，雨水蒸发为传感器提供能量的同时，根据输出电流的大小可以检测出雨水的PH值。

可选地，所述自支撑多孔碳纳米膜包括碳黑和玻璃微纤维6。

上述实施例中，玻璃微纤维为骨架支撑材料，提升膜的机械性能，实现自支撑。

可选地，所述碳纳米管导电电极4采用碳纳米管墨水制备。

可选地，所述PH值显示表5由电压表或LED阵列改装制得。

上述实施例中，两个导电电极分别连接电压表或LED阵列两端，通过表头读数(偏转角度)或LED阵列点亮LED个数对PH值进行评估。

本发明第二实施例提供的一种基于水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将洁净的石英片放置于甲苯火焰上，碳黑快速沉积，一分钟左右得到厚度约2mm的碳黑沉积层；

步骤二、取1g碳黑粉末分散在40mL乙醇中，加入1g乙基纤维素和3mL松节油透醇，使用超声细胞粉碎机进行20min的分散，再经过数小时的磁力搅拌，形成碳黑分散液；

步骤三、将剪碎的400mg玻璃微纤维滤膜放入40mL乙醇中，经过高速匀质机充分搅拌分散，得到10mg/mL的玻璃微纤维分散液；

步骤四、将同体积的碳黑分散液和玻璃微纤维乙醇分散液混合，经过12小时磁力搅拌后，在70℃油浴中进行浓缩形成质地均匀的浆料；

步骤五、通过刮涂法将浆料均匀地印刷在氧化铝陶瓷片衬底上，待浆料干燥定型后放置于马弗炉中，在空气氛围中进行350℃的退火处理，升温时间为180分钟，保温时间为150分钟；

步骤六、经过自然冷却至室温后取出，将所述陶瓷衬底剥离，得到自支撑多孔碳纳米膜，其宽度、长度和厚度分别为1cm、3cm、100um；

步骤七、配制体积分数为10％的1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷(PFDTS)异丙醇溶液，使用前再加入质量分数为1％的冰醋酸，充分摇匀后获得PFDTS稀溶液；

步骤八、将自支撑多孔碳纳米膜放置于70℃加热台上进行充分预热，使用注射器取1mL配制好的PFDTS稀溶液，多次滴涂自支撑多孔碳纳米膜的一侧，对自支撑多孔碳纳米膜进行修饰，滴涂的区域占整个自支撑多孔碳纳米膜面积的1/4，将温度升高至100℃，再持续加热反应30分钟；而后多次使用乙醇浸洗修饰部分除去多余的PFDTS分子，得到亲疏水自支撑多孔碳纳米膜；

步骤九、将碳纳米管墨水印刷在亲疏水自支撑多孔碳纳米膜两端形成电极，电极长度为1cm，宽度为5mm；

步骤十、使用漆包铜导线作为接线电极，并用导电胶把导线与碳纳米管导电电极和PH值显示表进行连接；

步骤十一、在距离亲疏水交界处2mm-5mm外的亲水区2涂覆环氧树脂3，且所述环氧树脂3覆盖所述亲水区2上的导电电极，从而得到基于水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器。

可选地，步骤六和步骤七之间，还包括将所述自支撑多孔碳纳米膜放于等离子清洗机中进行等离子体处理，工作气体为空气，压强为100Pa，在130W功率下处理60s。

上述实施例中，等离子体处理，可以使自支撑多孔碳纳米膜表面带有丰富的含氧官能团，增强亲水性。

可选地，步骤八和步骤九之间，还包括将所述亲疏水自支撑多孔碳纳米膜浸泡在质量分数为0.05wt％的PEI水溶液中，在70℃水浴中加热60分钟，充分吸附后的亲疏水自支撑多孔碳纳米膜用蒸馏水三次浸泡洗涤，去除表面多余的PEI分子，而后放入浓度为0.05wt％的戊二醛水溶液中，使戊二醛分子与吸附在所述亲疏水自支撑多孔碳纳米膜表面的PEI分子链发生交联反应，经过120分钟的反应后取出，多次用水清洗后烘干，得到PEI改性后的亲疏水自支撑多孔碳纳米膜。

上述实施例中，碳纳米膜表面在水中的zeta电位为负，PEI改性，可以通过化学键合作用将带正电的PEI分子链固定在碳纳米膜的表面，作为第一修饰层，有利于带负电的其他修饰层更好的与碳纳米膜表面结合，以提高器件性能。

可选地，步骤八和步骤九之间，还包括在聚四氟乙烯反应釜中倒入丁烷四羧酸(BTCA)浓度为0.5mg/mL的N,N–二甲基甲酰胺(DMF)溶液，将PEI改性后的亲疏水自支撑多孔碳纳米膜浸没在DMF溶液中，再将反应釜放入不锈钢耐压壳中，然后在105℃烘箱中反应4小时，使BTCA与PEI进行酰胺化反应；

待反应釜自然冷却至室温后将多孔碳纳米膜取出，用纯水多次浸洗后晾干，得到BTCA改性后的亲疏水自支撑多孔碳纳米膜。

上述实施例改变了碳纳米膜表面的官能团种类，进而改变了碳纳米膜表面电势，实现了器件输出电压的提升。

如图3(a)所示，采用7个LED小灯作为PH值显示表，将本发明第二实施例制备得到的一种基于水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器贴附于汽车前视窗玻璃上，当出现酸雨时，可以根据LED小灯的点亮情况，判断酸雨对汽车腐蚀的严重程度；当酸度值大时，则PH传感器输出电流大，可以点亮更多的LED小灯，酸度值小时则点亮的LED数量少。

如图3(b)所示，采用电压表作为PH值显示表，将本发明第二实施例制备得到的一种基于水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器贴附于房屋墙面上，当出现酸雨时，可以根据电压表表头读数(偏转角度)，精确判断酸雨的严重程度，有利于建筑物的保护和防护。

本发明提供的一种基于水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器包括亲疏水自支撑多孔碳纳米膜、环氧树脂、碳纳米管导电电极和PH值显示表。当雨滴落在亲疏水自支撑多孔碳纳米膜表面时，由于碳黑膜的亲水特性，雨水会在毛细作用下渗透进碳黑膜内，然后在蒸发作用下，继续在碳纳米孔道中流动。此时固液接触在界面处形成双电层，由于碳纳米孔道半径很小，双电层发生重叠，碳纳米孔道就具有了离子选择性，蒸发过程中，雨水中的H+离子在通道出口处富集，在碳纳米孔道口两端形成电势差。如图2(a)、(b)所示，对比正常雨滴和酸雨情况，不同PH值的雨水中H+离子的浓度不同，因此在碳纳米孔道出口处富集的H+离子浓度不同，形成不同的电势差和不同的输出电流大小，PH值越小H⁺离子浓度越高，电势差和输出电流越大，反之电势差和输出电流越小，由此PH值显示表使输出电流的大小与ph值一一对应，以实现自驱动雨滴PH值探测。该传感器无需外界电力或内部集成电池供电，通过蒸发过程自发主动地将PH值信息反映到输出电信号里，从而实现雨水PH值自驱动的实时监测与酸雨自驱动报警。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器，其特征在于，包括亲疏水自支撑多孔碳纳米膜、环氧树脂(3)、碳纳米管导电电极(4)和PH值显示表(5)；

所述亲疏水自支撑多孔碳纳米膜的两端均具有所述碳纳米管导电电极(4)，两个导电电极之间连接所述PH值显示表(5)；

所述亲疏水自支撑多孔碳纳米膜具有亲水区(2)和疏水区(1)，由自支撑多孔碳纳米膜经过PFDTS稀溶液修饰而成，所述PFDTS稀溶液包括体积分数为10％的1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷(PFDTS)异丙醇溶液和质量分数为1％的冰醋酸，使用所述PFDTS稀溶液修饰所述自支撑多孔碳纳米膜的一侧，且修饰的区域占整个所述自支撑多孔碳纳米膜面积的1/5至1/3；

距离亲疏水交界处2mm-5mm外的亲水区(2)均涂覆有所述环氧树脂(3)，且所述环氧树脂(3)覆盖所述疏水区(1)和亲水区(2)上的导电电极。

2.根据权利要求1所述的一种基于水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器，其特征在于，所述自支撑多孔碳纳米膜包括碳黑和玻璃微纤维(6)。

3.根据权利要求1所述的一种基于水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器，其特征在于，所述碳纳米管导电电极(4)采用碳纳米管墨水制备。

4.根据权利要求1所述的一种基于水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器，其特征在于，所述PH值显示表(5)由电压表或LED阵列改装制得。

5.一种基于水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：配制体积分数为10％的1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷(PFDTS)异丙醇溶液，使用前再加入质量分数为1％的冰醋酸，获得PFDTS稀溶液，使用所述PFDTS稀溶液在自支撑多孔碳纳米膜的一侧进行多次滴涂，滴涂的区域占整个自支撑多孔碳纳米膜面积的1/5至1/3，得到亲疏水自支撑多孔碳纳米膜，所述亲疏水自支撑多孔碳纳米膜具有亲水区(2)和疏水区(1)；

S2：将碳纳米管墨水印刷在所述亲疏水自支撑多孔碳纳米膜的两端，形成碳纳米管导电电极(4)；

S3：使用导线将碳纳米管导电电极(4)和PH值显示表(5)连接；

S4：在距离亲疏水交界处2mm-5mm外的亲水区(2)涂覆环氧树脂(3)，且所述环氧树脂(3)覆盖所述疏水区(1)和亲水区(2)上的导电电极。

6.根据权利要求1所述的一种基于水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器的制备方法，其特征在于，所述自支撑多孔碳纳米膜的制备方法，包括以下步骤：

S01：将甲苯碳黑、乙基纤维素和松节油透醇加入乙醇中超声混匀后，得到碳黑分散液，其中，甲苯碳黑、乙基纤维素、松节油透醇和乙醇的质量比为1:1:3:40，甲苯碳黑的含量为1g-5g；

S02：将剪碎的玻璃微纤维滤膜放入乙醇，搅拌分散后得到10mg/ml-20mg/ml的玻璃微纤维乙醇分散液；

S03：将同体积的所述碳黑分散液和所述玻璃微纤维乙醇分散液混合，经过12小时磁力搅拌后，在30℃-120℃油浴中进行浓缩形成浆料；

S04：将所述浆料均匀地印刷在衬底上，待浆料干燥定型后进行退火处理，而后冷却至室温后取出，将所述衬底剥离，得到所述自支撑多孔碳纳米膜。

7.根据权利要求1所述的一种基于水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤S1之前，还包括步骤S05：将所述自支撑多孔碳纳米膜放于等离子清洗机中进行等离子体处理。

8.根据权利要求1所述的一种基于水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤S1之后，还包括步骤S11：

将所述亲疏水自支撑多孔碳纳米膜浸泡在质量分数为0.05wt％的PEI水溶液中，在70℃水浴中加热60分钟，用蒸馏水三次浸泡洗涤，去除表面多余的PEI分子，而后放入浓度为0.05wt％的戊二醛水溶液中，使戊二醛分子与吸附在所述亲疏水自支撑多孔碳纳米膜表面的PEI分子链发生交联反应，经过120分钟的反应后取出，多次用水清洗后烘干，得到PEI改性后的亲疏水自支撑多孔碳纳米膜。

9.根据权利要求1所述的一种基于水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤S11之后，还包括步骤S12：

在聚四氟乙烯反应釜中倒入BTCA浓度为0.5mg/mL的DMF溶液，将PEI改性后的亲疏水自支撑多孔碳纳米膜浸没在DMF溶液中，再将反应釜放入不锈钢耐压壳中，然后在105℃烘箱中反应4小时，使BTCA与PEI进行酰胺化反应；

反应釜自然冷却至室温后将多孔碳纳米膜取出，用纯水多次浸洗后晾干，得到BTCA改性后的亲疏水自支撑多孔碳纳米膜。

10.根据权利要求1所述的一种基于水蒸发诱导自驱动雨滴PH传感器的制备方法，其特征在于，所述退火处理具体为在空气氛围中进行350℃的退火处理，升温时间为180分钟，保温时间为150分钟。

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