自驱动光电传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种自驱动光电传感器及其制备方法。该自驱动光电传感器将光电传感器融入到摩擦纳米发电机的结构中，利用摩擦纳米发电机的输出信号来驱动光电传感器。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种。该自驱动光电传感器将光电传感器融入到摩擦纳米发电机的结构中，利用摩擦纳米发电机的输出信号来驱动光电传感器。【专利说明】
本专利技术涉及微型传感器
，尤其涉及一种。
技术介绍
在微电子和材料技术高速发展的今日，大量具有多种功能和高度集成化的新型微型电子器件不断被开发出来，并在人们日常生活的各个领域展现出前所未有的应用前景。自然界和人类生命存续过程中会不断产生各种动能和势能，如何将这些微小的能量转变为我们所需的驱动力来源，是人们在不断探寻的方向。2006年，美国佐治亚理工学院的王中林研究组提出了纳米发电机的理念，开辟了能源转化和应用的一个新的范畴。在此基础上，王中林教授所领导的研究组通过合理的设计器件结构，使得摩擦起电这一古老的现象展现出新的应用价值和潜力。整个摩擦电发电机则依靠摩擦电电势的充电泵效应，将两种镀有金属电极的第二摩擦层和第一摩擦层贴合在一起组成器件，在外力作用下器件产生机械形变，导致两层聚合物膜之间发生相互摩擦，从而产生电荷分离并形成电势差。两个金属极板作为发电机的电能输出端，通过静电感应可以在表面生成感应电荷。感应电荷在摩擦电电势驱动下流经外电路即可形成电流。传感网络将是未来驱动经济发展的根本动力。传统传感器包括机械传感器，化学传感器，生物传感器，光电传感器和气体传感器等多种类型。光电传感器是将环境中值得注意的信息(如光线强度，风速，重金属含量或人体中特定生物分子的改变量)转换成电信号以便纪录分析的一种装置。随着科技不断的进步，其应用也越来越广，包括在化学分析、医疗诊断、食品工业或环境监测等领域上，都可以见到光电传感器的运用。然而，目前的纳米传感器皆须外接电源来驱动其工作，不仅耗费能源，而且由于电源以可充电或一次性电池为主，这些电源的体积较大，从而使纳米传感器的应用范围受到了严重的制约，同时电池废弃后对环境产生的恶劣影响也促使人们努力的寻找更为环保的动力来源。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题鉴于上述技术问题，本专利技术提供了一种，以使光电传感器摆脱外接电源造成的种种不便。( 二 )技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种自驱动光电传感器。该自驱动光电传感器包括:第一导电元件；第一摩擦层，位于第一导电元件的下表面；第二导电元件，与第一导电元件相对设置；第二摩擦层，位于第二导电元件上方绝缘层的上表面，其材料与第一摩擦层的材料位于摩擦电极序的不同位置，并且为光致阻变材料，用于接收待测光；以及第一电极和第二电极，形成于第二摩擦层的隔开预设距离的不同位置，并与相应位置的第二摩擦层形成电性接触，其中，第一电极连接至第一导电元件，第二电极连接至第二导电元件；其中，第一摩擦层和第二摩擦层能够在分离状态和接触状态之间往复切换，从而在第一导电元件和第二导电元件之间形成振幅随照射至第二摩擦层的待探测光强度和/或波长而变化的交流脉冲信号。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种自驱动光电传感器的制备方法。该制备方法包括:步骤A，制备第一导电元件和第一摩擦层；步骤B，制备第二导电元件、绝缘层和第二摩擦层，并在第二摩擦层的不同位置制备第一电极和第二电极；步骤C，将第一电极与第一导电元件电性连接；第二电极与第二导电元件电性连接；步骤D，将第一导电元件、第一摩擦层、第二导电元件、绝缘层、第二摩擦层组成的器件按照预设位置配置后封装，并使第一摩擦层和第二摩擦层所组成的摩擦发电机可在分离状态和接触状态之间往复切换。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果:(I)利用摩擦纳米发电机的原理结合光电传感器实现了自驱动光电传感技术，将光电传感器完全融入到摩擦纳米发电机的结构中，利用摩擦纳米发电机的输出信号来判别外界光线的强度；(2)将纳米结构物直接长在绝缘层上当作摩擦层，能够显著提高电信号的输出性能，打破了以往需要先制备摩擦层再在摩擦层表面形成纳米结构的限制，大大简化了制备方法、降低了成本，同时还为电信号的优化输出提供了一条新的途径；(3)通过调控纳米结构物，来适应待探测光波长范围，具有灵活的可调控性；此夕卜，不仅能够高选择性的与待探测光波长范围发生相互作用，而且仅需要光电传感器感知到光线强度的大小产生电阻的变化，即可使电信号产生变化，因而具有极高的探测灵敏度(4)具有体积小、自驱动的特性，能够广泛用于各种领域；制作方便，成本低，易于产业推广和应用；节约能源，是一种绿色的传感器件。【专利附图】【附图说明】通过附图所示，本专利技术的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本专利技术的主旨。图1为根据本专利技术第一实施例自驱动光电传感器的结构示意图；图2为图1所示自驱动光电传感器受到外力作用时的结构示意图；图3为图1所示自驱动光电传感器中摩擦纳米发电机工作原理示意图；图4为使用外接电源测量图1所示自驱动光电传感器所得到的光电流响应图；图5为图1所示自驱动光电传感器输出及其外接不同大小电阻时的测试曲线；图6为根据本专利技术第二实施例自驱动光电传感器的结构示意图；图7为本专利技术自驱动光电传感器一种典型结构的横截面剖视图；图8为根据本专利技术第三实施例自驱动光电传感器的结构示意图；图9为本专利技术实施例图1所示自驱动光电传感器的制备方法的流程图；图10为以手指按压作为驱动力，在紫外光强随时间逐渐增加的情况下，由该紫外光光电传感器输出的光响应电流图；图1lA至图1lD为本专利技术实施例自驱动光电传感器对于不同紫外光光线强度所造成的电压及电流输出的曲线。【本专利技术主要元件符号说明】10-第一绝缘支撑件；11-第一导电元件；12-第一摩擦层；20-第二绝缘支撑件；21-第二导电元件；22-绝缘层；23-第二摩擦层；30-空间保持件。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本专利技术。本专利技术中的自驱动光电传感器利用摩擦纳米发电机作为光电传感器的供电装置，并且摩擦纳米发电机的摩擦层同`时还作为光电传感器的一个光感应部件，这种部件的共用将二者有机地结合在一起。当外界光线有所变化时，作为光感应部件的摩擦层的电阻产生变化，因此当摩擦纳米发电机工作后产生的电信号向光电传感器进行输入时，通过光电传感器的电流和其上分得的电压就会发生变化，从而达到侦测外界光线的目的。本专利技术的第一个示例性实施例中，提供了一种自驱动光电传感器。如图1所示，该光电传感器包括:第一导电元件11 ;第一摩擦层12，设置于第一导电元件11的下表面；第二导电元件21，与第一导电元件11相对设置且隔开预设距离；绝缘层22，形成于第二导电元件21的上表面；第二摩擦层23，形成于绝缘层22的上表面，其材料与第一摩擦层12的材料存在摩擦电极序差异，并且其阻值可随本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自驱动光电传感器，其特征在于，包括：第一导电元件；第一摩擦层，位于所述第一导电元件的下表面；第二导电元件，与所述第一导电元件相对设置；第二摩擦层，位于所述第二导电元件上方绝缘层的上表面，其材料与所述第一摩擦层的材料位于摩擦电极序的不同位置，并且为光致阻变材料，用于接收待测光；以及第一电极和第二电极，形成于所述第二摩擦层的隔开预设距离的不同位置，并与相应位置的第二摩擦层形成电性接触，其中，所述第一电极连接至所述第一导电元件，所述第二电极连接至所述第二导电元件；其中，所述第一摩擦层和第二摩擦层能够在分离状态和接触状态之间往复切换，从而在所述第一导电元件和第二导电元件之间形成振幅随照射至所述第二摩擦层的待探测光强度和/或波长而变化的交流脉冲信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林宗宏，程纲，王中林，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京;11