[發明專利]自驅動光電傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201310355924.9
• 申請日: 2013-08-15
• 公開（公告）號: CN103780134A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 林宗宏;程綱;王中林
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 曹玲柱

技術領域

本發明涉及微型傳感器技術領域，尤其涉及一種自驅動光電傳感器及其制備方法。

背景技術

在微電子和材料技術高速發展的今日，大量具有多種功能和高度集成化的新型微型電子器件不斷被開發出來，并在人們日常生活的各個領域展現出前所未有的應用前景。

自然界和人類生命存續過程中會不斷產生各種動能和勢能，如何將這些微小的能量轉變為我們所需的驅動力來源，是人們在不斷探尋的方向。2006年，美國佐治亞理工學院的王中林研究組提出了納米發電機的理念，開辟了能源轉化和應用的一個新的范疇。在此基礎上，王中林教授所領導的研究組通過合理的設計器件結構，使得摩擦起電這一古老的現象展現出新的應用價值和潛力。整個摩擦電發電機則依靠摩擦電電勢的充電泵效應，將兩種鍍有金屬電極的第二摩擦層和第一摩擦層貼合在一起組成器件，在外力作用下器件產生機械形變，導致兩層聚合物膜之間發生相互摩擦，從而產生電荷分離并形成電勢差。兩個金屬極板作為發電機的電能輸出端，通過靜電感應可以在表面生成感應電荷。感應電荷在摩擦電電勢驅動下流經外電路即可形成電流。

傳感網絡將是未來驅動經濟發展的根本動力。傳統傳感器包括機械傳感器，化學傳感器，生物傳感器，光電傳感器和氣體傳感器等多種類型。光電傳感器是將環境中值得注意的信息(如光線強度，風速，重金屬含量或人體中特定生物分子的改變量)轉換成電信號以便紀錄分析的一種裝置。隨著科技不斷的進步，其應用也越來越廣，包括在化學分析、醫療診斷、食品工業或環境監測等領域上，都可以見到光電傳感器的運用。

然而，目前的納米傳感器皆須外接電源來驅動其工作，不僅耗費能源，而且由于電源以可充電或一次性電池為主，這些電源的體積較大，從而使納米傳感器的應用范圍受到了嚴重的制約，同時電池廢棄后對環境產生的惡劣影響也促使人們努力的尋找更為環保的動力來源。

發明內容

(一)要解決的技術問題

鑒于上述技術問題，本發明提供了一種自驅動光電傳感器及其制備方法，以使光電傳感器擺脫外接電源造成的種種不便。

(二)技術方案

根據本發明的一個方面，提供了一種自驅動光電傳感器。該自驅動光電傳感器包括：第一導電元件；第一摩擦層，位于第一導電元件的下表面；第二導電元件，與第一導電元件相對設置；第二摩擦層，位于第二導電元件上方絕緣層的上表面，其材料與第一摩擦層的材料位于摩擦電極序的不同位置，并且為光致阻變材料，用于接收待測光；以及第一電極和第二電極，形成于第二摩擦層的隔開預設距離的不同位置，并與相應位置的第二摩擦層形成電性接觸，其中，第一電極連接至第一導電元件，第二電極連接至第二導電元件；其中，第一摩擦層和第二摩擦層能夠在分離狀態和接觸狀態之間往復切換，從而在第一導電元件和第二導電元件之間形成振幅隨照射至第二摩擦層的待探測光強度和/或波長而變化的交流脈沖信號。

根據本發明的另一個方面，還提供了一種自驅動光電傳感器的制備方法。該制備方法包括：步驟A，制備第一導電元件和第一摩擦層；步驟B，制備第二導電元件、絕緣層和第二摩擦層，并在第二摩擦層的不同位置制備第一電極和第二電極；步驟C，將第一電極與第一導電元件電性連接；第二電極與第二導電元件電性連接；步驟D，將第一導電元件、第一摩擦層、第二導電元件、絕緣層、第二摩擦層組成的器件按照預設位置配置后封裝，并使第一摩擦層和第二摩擦層所組成的摩擦發電機可在分離狀態和接觸狀態之間往復切換。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明自驅動光電傳感器及其制備方法具有以下有益效果：

(1)利用摩擦納米發電機的原理結合光電傳感器實現了自驅動光電傳感技術，將光電傳感器完全融入到摩擦納米發電機的結構中，利用摩擦納米發電機的輸出信號來判別外界光線的強度；

(2)將納米結構物直接長在絕緣層上當作摩擦層，能夠顯著提高電信號的輸出性能，打破了以往需要先制備摩擦層再在摩擦層表面形成納米結構的限制，大大簡化了制備方法、降低了成本，同時還為電信號的優化輸出提供了一條新的途徑；

(3)通過調控納米結構物，來適應待探測光波長范圍，具有靈活的可調控性；此外，不僅能夠高選擇性的與待探測光波長范圍發生相互作用，而且僅需要光電傳感器感知到光線強度的大小產生電阻的變化，即可使電信號產生變化，因而具有極高的探測靈敏度

(4)具有體積小、自驅動的特性，能夠廣泛用于各種領域；制作方便，成本低，易于產業推廣和應用；節約能源，是一種綠色的傳感器件。

附圖說明