基于摩擦納米發(fā)電機(jī)式的自供電傳感器系統(tǒng)的研究.pdf

1、近年來(lái)，探索研發(fā)基于TENG的自供電式傳感器系統(tǒng)成為當(dāng)前傳感器研究的一項(xiàng)熱門(mén)課題。隨著納米發(fā)電技術(shù)逐漸發(fā)展成熟，人們正在嘗試將自供電式納米發(fā)電機(jī)系統(tǒng)與多種多樣的傳感器件結(jié)合起來(lái)，著力開(kāi)發(fā)納米級(jí)可持續(xù)自供電技術(shù)，在同一過(guò)程中實(shí)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(duì)可持續(xù)性自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需求的問(wèn)題。
　　首先，本文研究了基于TiO2納米陣列的摩擦納米發(fā)電機(jī)式（TENG）的自供電氣體傳感器（TENS）

2、的氣敏特性。通過(guò)水熱法在鈦板上生長(zhǎng)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?yàn)樾螒B(tài)特征的差異將會(huì)直接影響TENS的氣敏響應(yīng)性能。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)過(guò)程中，分別對(duì)C2H5OH、CH3COCH3、CH2O、CH3OH、NH3氣體進(jìn)行氣敏響應(yīng)測(cè)試，氣敏響應(yīng)測(cè)試結(jié)果闡明了基于二氧化鈦納米結(jié)構(gòu)的TENS對(duì)于乙醇具有良好的選擇性和響

3、應(yīng)恢復(fù)特性，呈現(xiàn)出隨著敏感氣體濃度的增大，輸出電壓響應(yīng)幅度逐漸降低的趨勢(shì)。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(yīng)速度以及更好的自支持性和穩(wěn)定性。
　　其次，設(shè)計(jì)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(dòng)低功耗發(fā)光二極管工作，在此基礎(chǔ)上對(duì)傳感器光敏性能及在光催化作用下的氣敏性能進(jìn)行測(cè)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(duì)光源的參數(shù)要求，并取得良好的光敏響應(yīng)性能，隨后在光催化作用下WS2氣體傳感器對(duì)NH3的氣敏響應(yīng)特性的測(cè)試中證明了光源在提高WS2氣體傳感器對(duì)NH3的氣敏響應(yīng)方面的重要作用，特別是特定波長(zhǎng)的光源，相較于無(wú)光情況，在提高響應(yīng)靈敏度和氣敏響應(yīng)恢復(fù)特性的同時(shí)，還能夠大幅度增強(qiáng)WS2氣體傳感器對(duì)NH3的氣敏性能，這一研究成果肯定了TENG結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)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(yīng)的可能，同時(shí)在增強(qiáng)氣體傳感器對(duì)敏感氣