基于摩擦納米發(fā)電機式的自供電傳感器系統(tǒng)的研究.pdf

1、近年來，探索研發(fā)基于TENG的自供電式傳感器系統(tǒng)成為當前傳感器研究的一項熱門課題。隨著納米發(fā)電技術逐漸發(fā)展成熟，人們正在嘗試將自供電式納米發(fā)電機系統(tǒng)與多種多樣的傳感器件結(jié)合起來，著力開發(fā)納米級可持續(xù)自供電技術，在同一過程中實現(xiàn)器件傳感和壓電發(fā)電，建立新型物理理論模型，著重解決便攜式電子產(chǎn)品和微納系統(tǒng)對可持續(xù)性自驅(qū)動系統(tǒng)需求的問題。
　　首先，本文研究了基于TiO2納米陣列的摩擦納米發(fā)電機式（TENG）的自供電氣體傳感器（TENS）

2、的氣敏特性。通過水熱法在鈦板上生長TiO2納米陣列，并討論了該材料在不同水熱條件下水熱產(chǎn)物的形態(tài)特征，因為形態(tài)特征的差異將會直接影響TENS的氣敏響應性能。在此基礎上，設計并制備了基于該納米材料的TENG式自供電氣體傳感器，較為系統(tǒng)的研究了該傳感器的氣敏特性。實驗過程中，分別對C2H5OH、CH3COCH3、CH2O、CH3OH、NH3氣體進行氣敏響應測試，氣敏響應測試結(jié)果闡明了基于二氧化鈦納米結(jié)構(gòu)的TENS對于乙醇具有良好的選擇性和響

3、應恢復特性，呈現(xiàn)出隨著敏感氣體濃度的增大，輸出電壓響應幅度逐漸降低的趨勢。這一基于TENG自供電式的新型傳感器相比于傳統(tǒng)傳感器具有更快的響應速度以及更好的自支持性和穩(wěn)定性。
　　其次，設計并制備了基于TENG的WS2氣體傳感器，根據(jù)TENG的電壓電流輸出特性驅(qū)動低功耗發(fā)光二極管工作，在此基礎上對傳感器光敏性能及在光催化作用下的氣敏性能進行測試以系統(tǒng)地研究氣體傳感器的光增敏性能。結(jié)果證明TENG結(jié)構(gòu)作為光源的供電方式滿足WS2氣體傳

4、感器對光源的參數(shù)要求，并取得良好的光敏響應性能，隨后在光催化作用下WS2氣體傳感器對NH3的氣敏響應特性的測試中證明了光源在提高WS2氣體傳感器對NH3的氣敏響應方面的重要作用，特別是特定波長的光源，相較于無光情況，在提高響應靈敏度和氣敏響應恢復特性的同時，還能夠大幅度增強WS2氣體傳感器對NH3的氣敏性能，這一研究成果肯定了TENG結(jié)構(gòu)驅(qū)動低功耗發(fā)光二極管短周期脈沖發(fā)光方式作為自供電式傳感器能量供應的可能，同時在增強氣體傳感器對敏感氣