CN106949912B - 一种基于摩擦纳米发电机的自驱动传感*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于摩擦纳米发电机的自驱动传感***，包括：摩擦纳米发电机，用于将外部机械能转化为电能，以向外电路输出电信号；电阻式传感器，其与摩擦纳米发电机直接相连，以使得摩擦纳米发电机向电阻式传感器供电，用于检测传感信号；和以并联的方式连接在电阻式传感器两端的报警器，用于在传感信号大于一信号阈值时发出声和/或光报警信号。本发明的方案无须任何外接电源，解决了传感器的供电问题，提高了物联网设备的适应性，极大降低了***的尺寸和重量。本发明的***在稳定性能和可控性能方面极大提高。摩擦纳米发电机与传感器相互分开，使得摩擦材料与传感材料互不影响，扩大了材料的选择范围，具有实际应用价值。

Description

一种基于摩擦纳米发电机的自驱动传感***

技术领域

本发明涉及传感器领域，尤其涉及一种基于摩擦纳米发电机的自驱动传感***。

背景技术

随着城市生活水平的不断提高和经济的不断发展，智能化的物联网给人类生活带来巨大的便利和质的飞跃，物联网使用信息传感设备或传感器来连接用户主体和互联网从而进行通信、身份识别、定位、跟踪、监控和管理，通过使用大量的独立式传感器替代传统的有限的离散传感器，用互联网收集分散的传感器信号进行统计分析，可以得到精确可靠的信息。然而，对于独立维持自身连续工作的传感器来说，供电问题成为克制其网络式发展的瓶颈。因电池容量有限，用上一段时间便需要更换电池，如果每一个传感器必须由一个电池供电，供电***的体积和数量过于庞大，甚至远远大于传感网络本身，这样的传感网络几乎无法实现，对于物联网的发展来说是一个巨大的限制。

若能使电子器件实现自供电或自驱动，不仅可以在很大程度上提高设备的适应性，还可以大大降低***的尺寸和重量，将从本质上解决此类问题。由此提出了一种新型的自驱动或自供电的传感器概念，可使传感器自己通过收集环境中的能量而不利用外部电源供电进行自驱动。例如传感器通过捕获被浪费一些机械能，像人类活动如慢跑、自然界的风、震动等，把多功能传感器集成到一个电子***中，使它可以运作成一个具备传感、控制、通信和启动并响应将成为一种潮流。摩擦纳米发电机的诞生，为基于物联网的自驱动传感***提供了一个解决方案。它是一种将机械能转化成电能的简易装置，利用摩擦纳米发电机从环境中收集能量为可持续自供电的传感器件提供新能源的新技术被视为一个有效的解决方案。

目前，基于摩擦纳米发电机的自驱动传感***主要分为两类。第一，摩擦纳米发电机收集环境中机械能，通过整流桥处理后给电容充电，再输出为传感器供电，该类自驱动传感***中容纳了整流桥、电容、电路等，大大增加了***的尺寸，在物联网应用中有很大的局限性；第二，利用摩擦纳米发电机的摩擦材料同时作为传感材料，视摩擦纳米发电机本身为传感器件，当传感环境发生变化，摩擦材料表面电荷密度发生变化，其输出发生变化，从而达到传感目的，但因对材料要求高(既有摩擦性能又有传感性能)、受外界影响大，其可选择范围小，稳定性较差，同时监测其输出需有外部测控电路，并非实际意义上的自驱动***。

因此，研究出一种基于摩擦纳米发电机完全意义上的“自驱动”，并具有高稳定性、可控性的传感***以满足应用需求有着十分重要的意义。

发明内容

本发明的一个目的是克服现阶段存在的能源功耗与传感问题，提出一种基于摩擦纳米发电机的自驱动传感***，适用于电阻型传感器，例如可以是自驱动气体传感***、自驱动光探测器和自驱动压力传感器。自驱动气体传感***的应用有多种，如汽车尾气的检测、工业上易燃易爆气体的泄露检测等。自驱动光开关应用主要有紫外光探测器。自驱动压力传感器主要应用在重量检测方面。

本发明的一个进一步的目的是克服摩擦纳米发电机和传感器结合带来的缺陷。该缺陷主要是在现有的基于摩擦纳米发电机的自驱动传感***中，摩擦纳米发电机中的摩擦材料同时作为敏感材料，这样两者会相互影响，影响电信号的输出。

此外，现有技术中的自驱动传感***，需要将纳米发电机收集的能量经过整流以及在电容中存储后，将电信号输出给传感器，并不存在将纳米发电机收集的能量直接转换为电信号输出给传感器的方式，本申请开辟了一种新的自驱动传感***。

本发明提供了一种基于摩擦纳米发电机的自驱动传感***，包括：

摩擦纳米发电机，用于将外部机械能转化为电能，以向外电路输出电信号；

电阻式传感器，其与所述摩擦纳米发电机直接连接，以使得所述摩擦纳米发电机向所述电阻式传感器供电，用于检测传感信号；和

以并联的方式连接在所述电阻式传感器两端的报警器，用于在所述传感信号大于一信号阈值时发出报警信号。

其中，此处的“直接连接”是指摩擦纳米发电机收集的电能并没有经过整流和/或在电容中存储，而是直接将摩擦纳米发电机收集的电能输出至所述电阻式传感器。

进一步地，所述电阻式传感器包括敏感材料层和电极层，所述敏感材料层和所述电极层为欧姆接触；

其中，所述敏感材料层用于检测传感信号，其构造成在检测到所述传感信号时，所述敏感材料层的电阻会发生变化，以使得所述电阻式传感器两端的电压发生变化。

进一步地，所述报警器构造成在所述电阻式传感器两端的电压大于一电压阈值时发出声和/或光报警信号；

可选地，所述报警器选择成仅能依靠所述摩擦纳米发电机驱动。

进一步地，所述摩擦纳米发电机与所述电阻式传感器具有数量级相匹配的电阻；

其中，所述电阻式传感器的电阻选择成是所述摩擦纳米发电机电阻的0.1-10倍。

特别地，本发明还提供了一种电阻式传感器的制备方法，所述电阻式传感器用于上述的自驱动传感***中，包括如下步骤：

提供一具有电极层的电阻式传感芯片；

在所述电极层的表面施加敏感材料层，以制备成能够检测传感信号的电阻式传感器；

其中，所述敏感材料层中的敏感材料选择成对所述传感信号具有高灵敏度和高稳定性的材料；

所述电阻式传感器制备成具有与所述摩擦纳米发电机数量级相匹配的电阻。

进一步地，所述敏感材料层的敏感材料选择成氧化钨纳米棒，以检测气体传感信号。

进一步地，所述氧化钨纳米棒的制备方法包括如下步骤：

将质量比为1：1-3的盐溶液和钨酸盐固体溶解于去离子水中，以形成钨酸盐混合溶液；

调节所述钨酸盐溶液的pH值至酸性，并进行搅拌，以形成酸性混合溶液；

将所述酸性混合溶液转移至反应釜中，在100-200℃下反应10-14h；

将反应后的产物在400-800℃下进行退火处理，以制备得到氧化钨纳米棒。

进一步地，在所述电极层的表面涂覆敏感材料层包括如下步骤：

取一预设质量的所述氧化钨纳米棒粉末；

在所述氧化钨纳米棒粉末中加入易挥发无机溶剂和水，以获取氧化钨纳米棒混合物；

将所述氧化钨纳米棒混合物研磨至浆状；

将浆状氧化钨纳米棒混合物涂覆在所述电极层的表面，并在60-110℃下加热2-6h，以制备得到电阻式传感器。

特别地，本发明还提供了一种摩擦纳米发电机的制备方法，所述摩擦纳米发电机用于上述的自驱动传感***中，包括如下步骤：

提供两个支撑基底，并在所述两个支撑基底之间连接至少一个弹性元件，以模拟外界的作用力；

在所述两个支撑基底的靠近所述弹性元件的表面分别形成上、下金属电极层；

在所述下金属电极层的表面施加一聚四氟乙烯膜，以将所述聚四氟乙烯膜作为第一摩擦层；

其中，所述下金属电极层的材料选择成既能够作为电极材料又能够作为摩擦材料。

进一步地，所述聚四氟乙烯膜的微观结构为纳米线阵列，其制备方法包括如下步骤：

利用感应耦合等离子体方法，利用氩气、氧气和四氯甲烷气体分别对纳米线的表面进行刻蚀处理，以获得长度为1-3μm的纳米线阵列。

本发明的方案克服了技术偏见和技术习惯，摩擦纳米发电机收集的电能并没有经过整流和/或在电容中存储，而是直接输出至所述电阻式传感器。并且，本申请的发明人开创性地发现摩擦纳米发电机输出的交流电信号可以直接向与其电阻相匹配的电阻式传感器供电，对报警器准确报警并没有任何影响。本发明的自驱动传感***突破了常规思维，能够应用在能够产生机械能的任意场合，能够实时为传感器和报警器进行供电，从而根据传感信号进行报警，并且由于省略了整流桥、电容器等零部件，其体积极大缩小，成本极大降低，能够使其广泛应用在微型器件。

本发明的方案无须任何外接电源，解决了传感器的供电问题，提高了物联网设备的适应性，极大降低了***的尺寸和重量。本发明的***在稳定性能和可控性能方面极大提高。摩擦纳米发电机与传感器相互分开，使得摩擦材料与传感材料互不影响，扩大了材料的选择范围，具有实际应用价值。本发明提供的自驱动传感***适用于任何电阻型传感器，适用范围极广。此外，该***制作方法简单，可操作性强，有助于工业化应用，具有显著的经济效益和社会效益。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的基于摩擦纳米发电机的自驱动传感***的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的摩擦纳米发电机的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的在同一外界作用力下，摩擦纳米发电机的电压与电阻式传感器电阻之间的关系图；

图4是根据本发明一个实施例的在不同的外界作用力下，摩擦纳米发电机的电压与电阻式传感器电阻之间的关系图；

图5是根据本发明一个实施例的摩擦纳米发电机的制备方法的流程示意图；

图6是根据本发明一个实施例的电阻式传感器的制备方法的流程示意图；

图7是在NO₂气体为100ppm时，输出电压随时间的变化图。

具体实施方式

图1示出了本发明一个实施例的基于摩擦纳米发电机100的自驱动传感***的结构示意图。如图1所示，本发明的基于摩擦纳米发电机100的自驱动传感***，包括摩擦纳米发电机100、电阻式传感器200和报警器300。该摩擦纳米发电机100用于将外部机械能转化为电能，以向外电路输出电信号。该电阻式传感器200与摩擦纳米发电机100相连，以使得摩擦纳米发电机100向电阻式传感器200供电，用于检测传感信号。该报警器300以并联的方式连接在电阻式传感器200两端，用于在传感信号大于一信号阈值时发出声和/或光报警信号。

该报警器300选择成仅能够依靠摩擦纳米发电机100驱动，自身是不能用电池驱动。在一个实施例中，该报警器300可以是依靠摩擦纳米发电机100驱动的LED指示灯，当摩擦纳米发电机100的输出达到LED指示灯两端的阈值电压时，LED灯亮报警。在其他实施例中，该报警器300也可以是依靠摩擦纳米发电机100驱动的微型喇叭，当摩擦纳米发电机100的输出达到微型喇叭两端的阈值电压时，该微型喇叭发生声音报警信号。

该摩擦纳米发电机100工作模式可以是接触分离式、滑动平移式、单电极模式和自由独立式。其中，该摩擦纳米发电机100的两层摩擦材料可以都是绝缘材料，也可以是一个绝缘材料和一个电极材料。图2示出了根据本发明一个实施例的摩擦纳米发电机100的结构示意图。如图2所示，该摩擦纳米发电机100包括两个支撑基底、弹性元件160、上金属电极层130、下金属电极层140和第一摩擦层。其中，两个支撑基底分别为第一支撑基底110和第二支撑基底120，在一个实施例中，可以使用亚克力板作为该第一支撑基底110和第二支撑基底120。该弹性元件160连接在两个支撑基底之间，即连接在第一支撑基底110的下表面和第二支撑基底120的上表面之间，在图2所示的实施例中，弹性元件160可以是弹簧，其数量为四个。该上金属电极层130形成在第一支撑基底110的下表面处，该下金属电极层140形成在第二支撑基底120的上表面处。上金属电极层130和下金属电极层140的材料可以选择为铜、铝等金属。该第一摩擦层形成在下金属电极层140的表面处。上金属电极层130的材料既可以作为电极材料，又可以作为第二摩擦层的摩擦材料。

该电阻式传感器200可以为气体、光、温度和湿度等电阻式传感器200。电阻式传感器200可以包括敏感材料层和电极层，该敏感材料层和该电极层为欧姆接触。其中，该敏感材料层用于检测传感信号，其构造成在检测到传感信号时，敏感材料层的电阻会发生变化，以使得电阻式传感器200两端的电压发生变化。敏感材料可以根据需要进行选择，可以通过材料的选择与制备，选择或制备出灵敏度高、选择性好、稳定性高的敏感材料。然而，并不是所有的电阻式传感器200都适用于本发明的自驱动传感***，该电阻式传感器200需要满足与摩擦纳米发电机100具有数量级相匹配的电阻。其中，电阻式传感器200的电阻选择成是所述摩擦纳米发电机100电阻的0.1-10倍，在多个实施例中，电阻式传感器200的电阻可以选择成0.5-500MΩ中任一阻值。

图3示出了根据本发明一个实施例的在同一外界作用力下，摩擦纳米发电机100的电压与电阻式传感器200电阻之间的关系图。本申请的发明人经过大量的实验分析，获得如图3所示的关系图。本申请的发明人同时对该关系图进行了理论分析。在理论分析中，可以将电阻式传感器200作为摩擦纳米发电机100的外接电阻，从图3可以看出，随着外接电阻增大，两端的电压呈增大趋势。将电压电流的变化归结于电荷转移的速率。在短路情况下，可以看作电阻为零，电荷转移速率达到最快，电荷Q也达到饱和值。由图3可以看出，当电阻较小，小于100KΩ时，电流开始有一点下降，相比较短路电流的情况来说，会有相似的电荷转移过程，两段电压和电阻和成正比关系。在电阻很大时，输出特性类似于开路电压的情况。在电阻为0.5-500MΩ时，最大电流急剧下降，电压急剧上升。从电荷转移率的角度来看，摩擦纳米发电机100的工作原理是摩擦生电和静电感应两部分。当摩擦电荷分离，在两个电极之间会产生感应电压，会使电子从一个电极转移到另外一个电极。由这些转移电荷产生的电场将会屏蔽原先摩擦电荷的电场。在短路情况下，电荷聚集速率是最大的电荷转移速率。但是，当有电阻在电路中时，电阻将会限制实时的电荷转移速率，会比短路情况下低。当外接电阻很小时，这个限制并不明显，以至于这个速率还可以赶上最大的转移速率，使Q接近于Q_sc，其中，Q_sc为短路电流下的电荷量。当外接电路的电阻继续增大，到达0.5-500MΩ时，开始限制电荷转移速率，电荷聚集的曲线由开始的Q_sc向下偏移。当电阻很大时，电荷从一个电极转移到另一电极的速率很慢，导致电流很小。由于很小的屏蔽效应使得在两极间产生的电压会持续一段时间。

除从电荷转移速率来解释，也可以从摩擦纳米发电机100固有的电容和外接电阻与阻抗的匹配来解释。摩擦纳米发电机100的电容是变化的，开路电压也不是一个纯粹的正弦函数。当外接电阻的电阻很小时，它的阻抗比摩擦纳米发电机100电容的阻抗小，因此总的阻抗是由摩擦纳米发电机100的固有电容来决定，当外接电阻变化时，外部输出电流也不会发生很大的变化。当外接电阻很大时，阻抗远远大于摩擦纳米发电机100的阻抗，因此开路电压就是在外接电阻上。当外接电阻到达0.5-500MΩ时，可以得到最大转换功率。因此，外接电阻，即电阻式传感器200的电阻可以为0.5-500MΩ中的任意数值。

为了排除外界作用力的影响，本申请的发明人同时研究了不同作用力下，不同的外接电阻对摩擦纳米发电机100的电压输出的影响。图4示出了根据本发明一个实施例的在不同的外界作用力下，摩擦纳米发电机100的电压与电阻式传感器200电阻之间的关系图。如图4所示，外接电阻与输出电压之间的关系与图3所示基本一致，此处不再赘述。因此，外界作用力不会对外接电阻与电压输出的关系造成影响，即外界作用力不会影响在不同外接电阻下的电压输出。

该报警器300构造成在电阻式传感器200两端的电压大于一电压阈值时发出声和/或光报警信号。外接的传感器可看作是一个外接可变电阻，当传感器接收到传感信号时，电阻便会发生变化，相应的输出电压也会发生变化，而变化的输出电压会反应在外接的报警灯上，电信号转变为光和/或声音信号给予警示作用，实现无须外接电源的自驱动。

上述自驱动传感***能够用在任何具有外部机械能量的场合，外部机械能量能够驱使摩擦纳米发电机100工作以为电阻式传感器200提供电量。本发明的方案无须任何外接电源，解决了传感器的供电问题，提高了物联网设备的适应性，极大降低了***的尺寸和重量。本发明的***在稳定性能和可控性能方面极大提高。摩擦纳米发电机100与传感器相互分开，使得摩擦材料与传感材料互不影响，扩大了材料的选择范围，具有实际应用价值。本发明提供的自驱动传感***适用于任何电阻型传感器，适用范围极广。

图5示出了根据本发明一个实施例的摩擦纳米发电机100的制备方法的流程示意图。特别地，本发明提供了一种摩擦纳米发电机100的制备方法，用来制备应用于上述自驱动传感***中的摩擦纳米发电机100，包括如下步骤：

S100、提供两个支撑基底，并在该两个支撑基底之间连接至少一个弹性元件160，以模拟外界的作用力；

S200、在该两个支撑基底的靠近弹性元件160的表面分别形成上、下金属电极层140；

S300、在该下金属电极层140的表面施加一聚四氟乙烯膜150，以将聚四氟乙烯膜150作为第一摩擦层；

其中，该下金属电极层140的材料选择成既能够作为电极材料又能够作为摩擦材料。

在一个实施例中，步骤S100具体包括如下步骤：

S101、用激光雕刻机切割出两片大小为8厘米×8厘米的亚克力板分别作为摩擦纳米发电机100的第一支撑基底110和第二支撑基底120，其中，该亚克力板厚度为1毫米；

S102、在每块亚克力板的四个顶角处用激光雕刻机打磨出直径为6.3毫米的圆槽；

S103、用两液混合硬化胶粘贴固定弹簧，其中，弹簧的作用是连接上下两块亚克力板，在亚克力板上放置一个重量合适的重物并模拟汽车发动机的振动。

在一个实施例中，步骤S200中上、下金属电极层140的大小为6厘米×6厘米的铝箔。

在一个实施例中，步骤S300具体包括：

S301、将50μm厚的聚四氟乙烯膜150贴在下金属电极层140，并将其作为第一摩擦层；

S302、与该第一摩擦层相对的上金属电极层130则作为另一层摩擦层，即第二摩擦层。

其中，聚四氟乙烯膜150表面的微观结构是纳米线阵列，该纳米线阵列的制备方法是：利用感应耦合等离子体方法，利用氩气、氧气和四氯甲烷气体分别对纳米线的表面进行刻蚀处理，以获得长度为1-3μm的纳米线阵列。在一个实施例中该纳米线阵列的长度为1.5μm，在其他实施例中，该纳米线阵列的长度可以为1-1.5μm之间除1.5μm的任一数值，也可以是1.5-3μm之间除1.5μm的任一数值。上、下金属电极层140用铜线连接起来用于驱动传感器工作并进行电学测试。

图6示出了根据本发明一个实施例的电阻式传感器200的制备方法的流程示意图。特别地，本发明提供了一种电阻式传感器200的制备方法，用来制备应用于上述自驱动传感***中的电阻式传感器200，包括如下步骤：

S110、提供一具有电极层的电阻式传感芯片；

S120、在该电极层的表面施加敏感材料层，以制备成能够检测传感信号的电阻式传感器200。

其中，该敏感材料层中的敏感材料选择成对所述传感信号具有高灵敏度和高稳定性的材料。该电阻式传感器200制备成具有与所述摩擦纳米发电机100数量级相匹配的电阻。

在一个是实施例的步骤S120中，该敏感材料层的敏感材料选择成氧化钨纳米棒，以检测气体传感信号，其中，该氧化钨纳米棒的制备方法包括如下步骤：

S121、称取3.2986g的Na₂WO₄·2H₂O和1.1688g的NaCl固体；

S122、将Na₂WO₄·2H₂O和NaCl溶解于80ml去离子水中，并在常温下搅拌，以形成钨酸盐混合溶液；

S123、向该钨酸盐混合溶液加入37.5％HCl，以将pH值调节至2.5，并搅拌均匀，形成酸性混合溶液；

S124、取50ml酸性混合溶液，并将其转移至反应釜中，在150℃下反应12h；

S125、将S124中反应产物洗涤离心出来，并在600℃下进行退火处理，以得到白色粉末产物，即为氧化钨纳米棒。

在一个实施例中，步骤S120具体包括如下步骤：

S1201、称取一预设质量的氧化钨纳米棒粉末；

S1202、在氧化钨纳米棒粉末中加入少许乙醇和去离子水，并用研钵研磨至混合物变成浆状，以获取浆状氧化钨纳米棒混合物；

S1203、用刷子将浆状氧化钨纳米棒混合物均匀涂抹到传感芯片叉指电极的部分，并在90℃下烘烤4小时。

在其他实施例中，步骤S121中的NaCl和Na₂WO₄·2H₂O的质量比可以为1：1-3中任意比例，例如，1:1.5、1:2或1:3等，并且，NaCl可以替换为KCl等其他无机盐溶液，Na₂WO₄·2H₂O可以为其他钨酸盐。步骤S123中，pH值可以被调节至1.5-3.5中任意数值，例如1.5、2、3或3.5等。步骤S124中可以在100-200℃中任意温度下反应10-14h，例如100℃、130℃、160℃或200℃等。步骤S125中，可以在400-800℃中任意温度下进行退火处理，例如400℃、500℃、700℃或800℃。在步骤S1203中，可以是在60-110℃中任意温度下加热2-6h，例如60℃、70℃、80℃、100℃或110℃。本发明的***制作方法简单，可操作性强，有助于工业化应用，具有显著的经济效益和社会效益。

在图5和图6所示的实施例中，仅是制备自驱动传感***中的摩擦纳米发电机和电阻式传感器的优选实施方式，并不用来限制其他制备方式。在一个实施例中，利用图5和图6所示的实施例制备得到的摩擦纳米发电机和电阻式传感器构建自驱动传感***，其中，利用图6所示的电阻式传感器检测汽车尾气中的NO₂气体，并利用汽车的发动机的振动作为外界机械能，以使得摩擦纳米发电机发电。图7示出了在NO₂气体为100ppm时，输出电压随时间的变化图。如图7所示，当有100ppm的NO₂气体进入时，输出电压升高至一电压阈值，报警器此时会发出报警信号，以警示尾气排放超标。

在另一实施例中，本发明的自驱动传感***用于当人在阳光下运动时检测紫外线是否超标，若超标，则发出报警信号。在其他实施中，压力传感器在现实生活中应用也十分广泛，压力传感***中的压力传感装置可看作是电子称重***。电子称重***尤其在工业生产中有很广阔的应用前景，使用本发明的自驱动传感***，无需外部电源，当物体超过一定重量时，便会发出警报。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (11)

1.一种基于摩擦纳米发电机的自驱动传感***，包括：

摩擦纳米发电机，用于将外部机械能转化为电能，以向外电路输出电信号；

电阻式传感器，其与所述摩擦纳米发电机直接连接，以使得所述摩擦纳米发电机向所述电阻式传感器供电，用于检测传感信号；和

以并联的方式连接在所述电阻式传感器两端的报警器，用于在所述传感信号大于一信号阈值时发出报警信号；

其中，所述直接连接是指摩擦纳米发电机收集的电能并没有经过整流和/或在电容中存储，而是直接将摩擦纳米发电机收集的电能输出至所述电阻式传感器；

所述摩擦纳米发电机与所述电阻式传感器具有数量级相匹配的电阻，所述电阻式传感器的电阻选择成是所述摩擦纳米发电机电阻的0.1-10倍。

2.根据权利要求1所述的自驱动传感***，其中，所述电阻式传感器包括敏感材料层和电极层，所述敏感材料层和所述电极层为欧姆接触；

其中，所述敏感材料层用于检测传感信号，其构造成在检测到所述传感信号时，所述敏感材料层的电阻会发生变化，以使得所述电阻式传感器两端的电压发生变化。

3.根据权利要求2所述的自驱动传感***，其中，所述报警器构造成在所述电阻式传感器两端的电压大于一电压阈值时发出声和/或光报警信号。

4.根据权利要求3所述的自驱动传感***，其中，所述报警器选择成仅能依靠所述摩擦纳米发电机驱动。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的自驱动传感***，其中，

所述电阻式传感器的电阻选择成是所述摩擦纳米发电机电阻的0.1-10倍。

6.一种电阻式传感器的制备方法，所述电阻式传感器用于所述权利要求1-5中任一项所述的自驱动传感***中，包括如下步骤：

提供一具有电极层的电阻式传感芯片；

在所述电极层的表面施加敏感材料层，以制备成能够检测传感信号的电阻式传感器；

其中，所述敏感材料层中的敏感材料选择成对所述传感信号具有高灵敏度和高稳定性的材料；

所述电阻式传感器制备成具有与所述摩擦纳米发电机数量级相匹配的电阻。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，所述敏感材料层的敏感材料选择成氧化钨纳米棒，以检测气体传感信号。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，所述氧化钨纳米棒的制备方法包括如下步骤：

将质量比为1：1-3的盐溶液和钨酸盐固体溶解于去离子水中，以形成钨酸盐混合溶液；

调节所述钨酸盐溶液的pH值至酸性，并进行搅拌，以形成酸性混合溶液；

将所述酸性混合溶液转移至反应釜中，在100-200℃下反应10-14h；

将反应后的产物在400-800℃下进行退火处理，以制备得到氧化钨纳米棒。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其中，在所述电极层的表面施加敏感材料层包括如下步骤：

取一预设质量的所述氧化钨纳米棒粉末；

在所述氧化钨纳米棒粉末中加入易挥发无机溶剂和水，以获取氧化钨纳米棒混合物；

将所述氧化钨纳米棒混合物研磨至浆状；

将浆状氧化钨纳米棒混合物涂覆在所述电极层的表面，并在60-110℃下加热2-6h，以制备得到电阻式传感器。

10.一种摩擦纳米发电机的制备方法，所述摩擦纳米发电机用于所述权利要求1-5中任一项所述的自驱动传感***中，包括如下步骤：

提供两个支撑基底，并在所述两个支撑基底之间连接至少一个弹性元件，以模拟外界的作用力；

在所述两个支撑基底的靠近所述弹性元件的表面分别形成上、下金属电极层；

在所述下金属电极层的表面施加一聚四氟乙烯膜，以将所述聚四氟乙烯膜作为第一摩擦层；

其中，所述下金属电极层的材料选择成既能够作为电极材料又能够作为摩擦材料。

11.根据权利要求10所述的制备方法，所述聚四氟乙烯膜的微观结构为纳米线阵列，其制备方法包括如下步骤：

利用感应耦合等离子体方法，利用氩气、氧气和四氯甲烷气体分别对纳米线的表面进行刻蚀处理，以获得长度为1-3μm的纳米线阵列。