自清潔自驅動紫外傳感器.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在人們生產、生活的各個方面發(fā)揮著至關重要的作用。作為傳感器家族中的一員，紫外傳感器在導彈預警、紫外光通信、戰(zhàn)場環(huán)境監(jiān)測、火焰探測等領域有著重要的應用。由傳感器技術、微電子技術、無線通訊技術以及嵌入式應用技術構成的無線傳感器網絡極大地提升了紫外傳感器在上述應用中的信息獲取能力。目前，無線傳感

2、器網絡中傳感器節(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合在一起而形成的自驅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)了一些關于自驅動紫外傳感器的相關研究，但是在如何優(yōu)化自驅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、自驅動紫外傳感器方面的研究，并且為了克服實際應用環(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動器件拓展到了自清潔自驅動器件。
　　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Z

4、nO基紫外傳感器靈敏度最高值的3倍。在此基礎上，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）基礎上，分別研究了在這三種力的驅動下發(fā)電機的電學輸出，并給出了發(fā)電機在不同形

5、式驅動力的作用下，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，對自驅動傳感系統(tǒng)進行了研究，結果表明基于峰值輸出信號的自驅動系統(tǒng)是更優(yōu)的方案。經過對基于峰值信號自驅動系統(tǒng)的分析，并通過計算模擬指出對于低頻外力驅動的自驅動傳感系統(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系

6、。構造了兩種類型的自驅動紫外傳感器，并結合之前的理論分析給出了對實驗數據進行擬合的公式，通過對實驗數據的擬合給出了紫外光強與發(fā)電機峰值輸出的定量關系，從而實現(xiàn)了自驅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或水實現(xiàn)自