自清潔自驅(qū)動紫外傳感器.pdf

1、伴隨著信息革命的興起，世界已從工業(yè)化時代逐步邁入信息化時代。在信息化時代，首先需要解決的問題就是對信息的獲取，因此傳感器正受到人們越來越多的重視并已經(jīng)在人們生產(chǎn)、生活的各個方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。作為傳感器家族中的一員，紫外傳感器在導(dǎo)彈預(yù)警、紫外光通信、戰(zhàn)場環(huán)境監(jiān)測、火焰探測等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。由傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)、無線通訊技術(shù)以及嵌入式應(yīng)用技術(shù)構(gòu)成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)極大地提升了紫外傳感器在上述應(yīng)用中的信息獲取能力。目前，無線傳感

2、器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點的長期供電問題是制約其發(fā)展的瓶頸之一。隨著用于收集環(huán)境中機械能的納米發(fā)電機提出，將發(fā)電機與功能性器件結(jié)合在一起而形成的自驅(qū)動納米器件使得這一瓶頸問題的解決成為可能。隨著納米發(fā)電機的發(fā)展，近年來出現(xiàn)了一些關(guān)于自驅(qū)動紫外傳感器的相關(guān)研究，但是在如何優(yōu)化自驅(qū)動紫外傳感器的各個部分，以及如何選取它們的工作模式使器件作為一個整體發(fā)揮出最優(yōu)的效果等方面，卻鮮有研究。本文圍繞這這些問題開展了高性能紫外傳感器、納米發(fā)電機的性能優(yōu)化以及

3、自驅(qū)動紫外傳感器方面的研究，并且為了克服實際應(yīng)用環(huán)境中灰塵對光電器件的不利影響，有針對性地開發(fā)了高透光自清潔薄膜，這進一步將這種自驅(qū)動器件拓展到了自清潔自驅(qū)動器件。
　　首先，通過對ZnO基紫外傳感器機理的分析，提出了高靈敏度紫外傳感器的設(shè)計方案，并且通過超薄、致密ZnO薄膜的制備工藝研究，制備了具有超高靈敏度的紫外傳感器。該傳感器在光強為0.1mW/cm2、波長為365nm的紫外光照射下，靈敏度可達1.3~106，達到了已報導(dǎo)Z

4、nO基紫外傳感器靈敏度最高值的3倍。在此基礎(chǔ)上，又制備出了一款柔性紫外傳感器，在基底彎曲至18.5mm的曲率半徑下，它的機械性能及靈敏度均得到了到很好的保持，展現(xiàn)出了良好的柔性紫外傳感器特性。
　　其次，對于壓電式納米發(fā)電機，系統(tǒng)地研究了驅(qū)動發(fā)電機工作的外力形式對發(fā)電機動態(tài)輸出的影響。在系統(tǒng)歸納環(huán)境機械力的三種存在形式（矩形波狀力、三角波狀力及正弦波狀力）基礎(chǔ)上，分別研究了在這三種力的驅(qū)動下發(fā)電機的電學(xué)輸出，并給出了發(fā)電機在不同形

5、式驅(qū)動力的作用下，其平均輸出功率隨外力頻率、外電路負載電阻值的變化關(guān)系，找到了使發(fā)電機平均輸出功率最高的矩形波狀力形式。最后,在實驗上對上述模擬計算進行了驗證。
　　第三，對自驅(qū)動傳感系統(tǒng)進行了研究，結(jié)果表明基于峰值輸出信號的自驅(qū)動系統(tǒng)是更優(yōu)的方案。經(jīng)過對基于峰值信號自驅(qū)動系統(tǒng)的分析，并通過計算模擬指出對于低頻外力驅(qū)動的自驅(qū)動傳感系統(tǒng)，通過峰值輸出電壓來反映紫外線強度的變化是更好的選擇，并給出了峰值電壓隨外電路負載電阻值的變化關(guān)系

6、。構(gòu)造了兩種類型的自驅(qū)動紫外傳感器，并結(jié)合之前的理論分析給出了對實驗數(shù)據(jù)進行擬合的公式，通過對實驗數(shù)據(jù)的擬合給出了紫外光強與發(fā)電機峰值輸出的定量關(guān)系，從而實現(xiàn)了自驅(qū)動紫外傳感器對紫外光強度的標定。
　　第四，制備了能借助于風(fēng)或水實現(xiàn)自清潔功能的用于增加光電器件防塵功能的超疏水自清潔薄膜，該薄膜具有小于1°的滾動角和對300nm至800nm光波超過88％的透過率。將該薄膜作為商用太陽能電池的封裝材料后，太陽能電池能借助于風(fēng)或水實現(xiàn)自