基于摩擦纳米发电机的柔性可穿戴自驱动紫外光电探测系统及其相关机理研究

Recently, the negative effect of ultraviolet (UV) radiation on human health is attracting extensive attention. Developing portable and wearable UV photodetector is of great importance and has a wide range of applications. This project proposes an integrated system of UV photodetector and triboelectric nanogenerator based on flexible substrates to realize the self-powered property of UV detection. The interaction between UV detector and triboelectric nanogenerator and the related mechanisms will be systematically studied. The project will also discuss the stability and reliability of the self-powered UV detection system and explorer the practical application value of the system as flexible wearable devices.

近年来，紫外线照射对人体健康的负面影响已引起人们的广泛关注。开发便携式、可穿戴紫外光电探测器件具有非常广泛的应用前景和重要的现实意义。本项目将研制基于柔性基底的紫外光电探测器与摩擦纳米发电机集成系统，实现紫外光电探测的自驱动化；探明紫外光电探测器与摩擦纳米发电机在集成系统中的相互影响关系，剖析影响机理；探索自驱动紫外光电探测系统的稳定性，研究其作为柔性可穿戴器件的实际应用价值。

近年来，由于紫外辐射而引起的健康问题引起了人们的广泛关注，开发便携式、可穿戴的紫外光电探测器件将具有重要的应用价值。但是目前大部分的紫外探测器都需要电池进行供电，而电池的寿命、结构、尺寸等问题极大的限制了小型化、便携式、柔性、可穿戴紫外探测器的快速发展。针对上述问题，本项目主要开展了基于柔性纳米发电机与紫外光电探测器的自驱动传感系统的研究，包括以下研究工作：（1）针对人体不同部位的能量特点，开发了多种基于摩擦纳米发电机、热电纳米发电机的器件结构，如可贴附于人体衣物的柔性纳米发电薄膜、可用于收集人体关节运动能量的可拉伸发电器件、可置于鞋底收集走路能量的翘板结构发电器件、可贴附于人体皮肤用于收集热能、光热能的柔性热电器件等，通过理论模拟与实验测量分析结构参数对电学性能的影响，并研究了纳米发电器件在人体能量收集、自驱动传感方面的应用表现；（2）采用溶胶凝胶法、水热法等方法制备宽带隙氧化物半导体纳米材料，如TiO2、ZnO，分析材料的结构、光电等特性，研制金属-半导体-金属结构光电探测器件，系统研究器件的电学、光电性能；（3）深入分析纳米发电机与紫外光电探测器的阻抗匹配问题以及相互影响作用，调控紫外光电探测器件阻抗，研制自驱动紫外光电探测集成系统，测试系统在紫外辐照下的响应特性，开展其作为可穿戴自驱动传感器的应用研究，研究表明该系统可实现在无外接电源的情况下对紫外辐照的有效探测，这将可能对该领域技术的发展起到推动作用。. 通过本项目研究，已发表SCI学术论文8篇（其中影响因子大于15的论文4篇）；申请6项国家发明专利（其中1项已授权）；培养研究生4名（1名已毕业），其中3名获得研究生国家奖学金。