液固触摸起电是一种经典的物理现象，也是剖析流体状况的重要办法。冲突纳米发电机（TENG）的创造完成了比传统液固发电机高几个数量级的瞬时输出，是研讨液固触摸起电现象的先进东西。使用TENG开发新式的冲突电探针，它能够短时刻内原位核算液固触摸时的电荷量，这关于检测液固界面的电荷搬运也是一个巨大的优势。但是，液固触摸起电是一个非常杂乱的物理化学进程，极易受溶液中离子含量、pH和分子氢键的搅扰，尤其是关于成分杂乱的混合流体。解析依据混合溶液的液固触摸起电现象，并提高冲突电探针在多种液体环境中的使用潜力，一直是TENG范畴由基础研讨迈向产业化进程中极具应战且非常火急的研讨方向。

  图1 用于蔗糖传感的冲突电探针。（a）用于勘探蔗糖溶液的冲突电探针，插图展现了冲突电探针的实物图；（b）溶液中氢键的构成以及电荷搬运示意图；（c）不同溶液导致铜探针搬运电荷量的差异；（d）氧原子与氟原子之间的电子搬运示意图。

  图2 液固冲突电探针的作业原理及功能优化。（a）液固电荷探针的作业原理示意图；（b）液固探针的两头电极勘探的短路电流曲线图；（c）有限元模仿的液固触摸起电电势散布云彩图；（d）液固探针的两头电极勘探的开路电压曲线图；（e）不同视点液固探针的功能优化；（f）不同长度液固探针的功能优化；（g）不同电极宽度下液固探针的功能优化；（h）不同铜电极尺度液固探针的功能优化。

  图3 液固冲突电探针的传感功能。（a）不同毛细管下蔗糖液滴尺度的光学相片，对溶液进行染色以杰出显现；（b）理论核算与试验测验管径对蔗糖液滴体积的影响；（c）不同管径对开路电压的影响；（d）理论核算与试验测验浓度对蔗糖液滴体积的影响；（e）不同蔗糖浓度在液固探针上的开路电压；（f）不同蔗糖溶液在FEP外表的水触摸角光学图像；（g）不同浓度蔗糖溶液的电荷曲线；（h）液固探针对蔗糖浓度的传感灵敏度；（i）液固探针对蔗糖浓度的传感呼应时刻；（j）液固探针对蔗糖浓度的传感稳定性。

  图4 蔗糖溶液触摸起电的原理。（a）蔗糖和水分子的电势模仿示意图；（b）蔗糖溶液和水溶液的FT-IR；（c）不同浓度下蔗糖溶液的pH和电导率趋势图；（d）蔗糖分子、水分子和氢氧根构成氢键的示意图；（e）水和蔗糖溶液冲突起电原理示意图，为了简化模型，选用S符号替代蔗糖分子；（f）经过探针勘探水和蔗糖溶液搬运电荷的比照图；（g）经过法拉第杯勘探蔗糖溶液和水溶液的电荷趋势图。

  图5 液固冲突电探针使用于蔗糖流体检测。（a）液固探针使用于智能工厂的示意图，插图i为液固探针的设备及信号获取方法示意图，插图ii为用于无线传感的检测设备；（b）液滴滴定高度对液固探针的影响；（c）蔗糖溶液温度对液固探针的影响；（d）不同流体流速下液固探针的功能；（e）有线和无线形式下液固冲突电勘探的输出功能比较；（f）无线形式下用于检测流体的液固探针，；（g）无线形式下用于检测流体浓度的液固探针，插图为传感信号接纳端（手机）的实物图

  本研讨顽固不化了一种可用于检测蔗糖流体浓度的冲突电探针。研讨依据成果得出，蔗糖溶液影响液固触摸电功能的原因可能有三个方面。首要，蔗糖的溶解改变了溶液的流体力学特性，减小了液滴尺度和液固触摸面积。其次，蔗糖分子与水分子构成氢键，缺少阻止了与固体发生电荷搬运的数量。最终，蔗糖的参加增加了溶液中的离子含量，由此发生更强的电荷屏蔽作用。依据以上发现，该冲突电探针已成功使用于蔗糖浓度传感，获得了优异的传感灵敏度（-0.0038%-1）和呼应时刻（90 ms）。该冲突电探针还使用于蔗糖液的在线监测，完成了对蔗糖浓度和流体状况的实时无线传感。这项作业有助于了解溶液微观特征与微观冲突电功能之间的构效联络，并为构建可继续的智能传感器供给了有远景的解决方案。

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