一种自驱动紫外光与风速传感集成系统的制作方法

本发明属于纳米功能器件制备领域，具体涉及一种自驱动紫外光与风速传感集成系统。

背景技术：

自驱动纳米器件具有体积小，性能稳定，能耗低等优势，被广泛应用于环境检测，健康监控等领域,如紫外探测，风探测，体内酶浓度探测，人体温度探测等。但是单一功能的器件只能探测一种类型的信号，不适应于日益复杂的探测环境，所以多功能探测器件变得十分需要。

紫外探测器在军事和民用等领域有着非常重要的作用，在民用上，其可用来监测海洋石油污染，火焰探测等；在军事上，可用于紫外制导，光通讯等。进年来，由于能源危机，人们越来越关注自驱动的纳米器件。自驱动的紫外光探测器主要分位两大类：一类是基于异质结，一类是构筑一种自驱动纳米系统。氧化锌作为一种直接带隙宽禁带半导体，禁带宽度达3.37ev，其激子束缚能达60mev，是一种用于紫外探测的良好材料。基于zno异质结的自驱动紫外光探测器可以分为肖特基型，pn型等。

构筑力或运动的传感器可基于以下机理：压电效应，压阻效应和摩擦起电效应。其中基于摩擦起电效应的运动传感器具有制作成本低，使用寿命长，功率密度高等优势。基于摩擦起电效应构筑的运动传感器可用于探测人体的脉搏，自然界中的风，环境中的湿度，重离子等。

信号的可视化在传感器的应用领域起着重要作用。将信号进行可视化可以提高人们对环境中信号的监测效率，人们将信号可视化应用于机器人学，人机界面，触觉的模拟显示等。

基于以上研究背景，我们设计构建了一种自驱动可视化紫外光和风的探测系统，该自驱动探测系统能够实现自驱动的紫外光探测，风速探测，并且能将这两种信号可视化。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种自驱动紫外光与风速传感集成系统，所述系统在同一个基底上同时制备出两个自驱动的器件，分别是自驱动紫外光探测器与风速探测器，并将这两个自驱动的器件集成到一体，构筑出一个自驱动多功能探测器件，通过labview软件界面对器件产生的电流值进行分析，从而完成紫外光探测和风速探测；

进一步地，所述系统包括自驱动探测紫外光探测器、自驱动风速探测器和集成分析单元，所述自驱动探测紫外光探测器和自驱动风速探测器均连接集成分析单元；

自驱动探测紫外光探测器，所述自驱动探测紫外光探测器能自驱动探测紫外光信号；

自驱动风速探测器，所述自驱动风速探测器能自驱动探测风信号；

集成分析单元，所述集成分析单元对自驱动探测紫外光探测器和自驱动风速探测器采集到的信号进行集成和分析，并进行信号的区分可视化；

进一步地，所述自驱动探测紫外光探测器中自驱动紫外光探测功能部分是基于氧化锌薄膜和氧化镍薄膜形成的异质结，异质结区的内建电场驱使光生载流子空穴对分离，从而实现自驱动的紫外光探测；

进一步地，所述自驱动风速探测器中自驱动探测风信号功能是基于一种接触分离式的摩擦纳米发电机，通过将聚四氟乙烯和铝箔分别设置在摩擦序列的两端，在有空气流动时二者接触分离产生电流，当空气流动速度不一样时，产生的电流值不同，从而测定风速；

进一步地，所述集成分析单元通过labview软件界面对器件产生的电流值进行分析，对采集到的电流值的大小与设定的电流阈值进行大小比较，当电流值处于不同的电流阈值的范围时，触发并点亮软件界面不同颜色的灯泡；

进一步地，所述自驱动探测紫外光探测器构建方法如下：

s11：将导电玻璃fto基底在丙酮，乙醇，去离子水中依次超声清洗10分钟，用氮气吹干备用；

s12:遮挡一部分基底导电面，在磁控溅射仪器中设置溅射氧化锌，氧化镍，ito溅射功率分别为80w，150w，75w，工作压强设置为1pa，进行溅射；

s13:撕掉基底上粘贴的绝缘胶带，在fto露出的区域点上银浆，引出导线；

s14:在溅射的ito导电电极上点上银浆，引出导线，即得到自驱动紫外探测器；

进一步地，所述自驱动风速探测器的构建方法如下：

s21：在步骤s12中所用的同一基底的不导电面粘贴一层铝箔，作为风速探测器的一个电极；

s22:另取相同尺寸的玻璃板，并于玻璃板上粘贴一层铝箔，作为风速探测器的另一个电极；

s23:裁取出0.5cm×0.5cm×8cm大小的亚克力板，共计4根，作为器件的支撑体，并用所述4根亚克力条支撑起两块玻璃板；

s24：在支撑起来的两块玻璃板之间中段处，固定聚四氟乙烯片的一端，并从两个铝片上分别引出导线，连接到整流桥上，即得到自驱动风速探测器；

进一步地，所述集成分析单元的集成、分析和信号的区分可视化方法如下：

s31:首先测试器件在一定紫外光强的电流值，一定风速下的电流值，以及紫外光和风速均存在时的电流值；

s32:在labview软件中设置3个电流阈值，分别记为i1，i2,i3；其中i1为仅有紫外光时的电流值，i2为仅有风作用于器件的电流值，i2为当一定风速和一定光强的紫外光同时作用到器件上时，器件产生的电流值；

s33：编辑程序使达到以下要求，电流处于小于i1时，红色灯泡亮起，电流值处于i1与i2之间时绿色灯泡亮起，电流值大于i3时蓝色灯泡亮起；

本发明的有益效果如下：

1）异质结区的内建电场可以驱使光生载流子空穴对分离，从而实现自驱动的紫外光探测;

2）自驱动风速探测功能部分是基于一种接触分离式的摩擦纳米发电机，基于聚四氟乙烯和铝箔分别处于摩擦序列的两端，在有空气流动时二者接触分离产生电流，且当空气流动速度不一样时，产生的电流值不同；

3）根据采集到的电流值与预设的电流阈值进行大小对比，点亮不同软件界面上的不同颜色的灯泡，以此来可视化探测环境中的紫外光和风；

4）能自驱动探测环境中的紫外光和空气流动；

5）能够实现紫外光和风二者信号的可视化。

附图说明

图1为本发明所构筑的自驱动多功能探测系统的结构示意图；

图2为本发明对紫外光（365nm）的周期响应图；

图3为本发明在不同风速下的响应电流；

图4为本发明可视化信号灯对应的外界条件图示。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。下面为本发明的举出最佳实施例：

如图1-图4所示，本发明提供一种自驱动紫外光与风速传感集成系统，所述系统在同一个基底上同时制备出两个自驱动的器件，分别是自驱动紫外光探测器与风速探测器，并将这两个自驱动的器件集成到一体，构筑出一个自驱动多功能探测器件，通过labview软件界面对器件产生的电流值进行分析，从而完成紫外光探测和风速探测，所述系统包括自驱动探测紫外光探测器、自驱动风速探测器和集成分析单元，所述自驱动探测紫外光探测器和自驱动风速探测器均连接集成分析单元；

自驱动探测紫外光探测器，所述自驱动探测紫外光探测器能自驱动探测紫外光信号；

自驱动风速探测器，所述自驱动风速探测器能自驱动探测风信号；

集成分析单元，所述集成分析单元对自驱动探测紫外光探测器和自驱动风速探测器采集到的信号进行集成和分析，并进行信号的区分可视化。

所述自驱动探测紫外光探测器中自驱动紫外光探测功能部分是基于氧化锌薄膜和氧化镍薄膜形成的异质结，异质结区的内建电场驱使光生载流子空穴对分离，从而实现自驱动的紫外光探测。

所述自驱动风速探测器中自驱动探测风信号功能是基于一种接触分离式的摩擦纳米发电机，通过将聚四氟乙烯和铝箔分别设置在摩擦序列的两端，在有空气流动时二者接触分离产生电流，当空气流动速度不一样时，产生的电流值不同，从而测定风速。

所述集成分析单元通过labview软件界面对器件产生的电流值进行分析，对采集到的电流值的大小与设定的电流阈值进行大小比较，当电流值处于不同的电流阈值的范围时，触发并点亮软件界面不同颜色的灯泡。

所述自驱动探测紫外光探测器构建方法如下：

s11：将导电玻璃fto基底在丙酮，乙醇，去离子水中依次超声清洗10分钟，用氮气吹干备用；

s12:遮挡一部分基底导电面，在磁控溅射仪器中设置溅射氧化锌，氧化镍，ito溅射功率分别为80w，150w，75w，工作压强设置为1pa，进行溅射；

s13:撕掉基底上粘贴的绝缘胶带，在fto露出的区域点上银浆，引出导线；

s14:在溅射的ito导电电极上点上银浆，引出导线，即得到自驱动紫外探测器。

所述自驱动风速探测器的构建方法如下：

s21：在步骤s12中所用的同一基底的不导电面粘贴一层铝箔，作为风速探测器的一个电极；

s22:另取相同尺寸的玻璃板，并于玻璃板上粘贴一层铝箔，作为风速探测器的另一个电极；

s23:裁取出0.5cm×0.5cm×8cm大小的亚克力板，共计4根，作为器件的支撑体，并用所述4根亚克力条支撑起两块玻璃板；

s24：在支撑起来的两块玻璃板之间中段处，固定聚四氟乙烯片的一端，并从两个铝片上分别引出导线，连接到整流桥上，即得到自驱动风速探测器。

所述集成分析单元的集成、分析和信号的区分可视化方法如下：

s31:首先测试器件在一定紫外光强的电流值，一定风速下的电流值，以及紫外光和风速均存在时的电流值；

s32:在labview软件中设置3个电流阈值，分别记为i1，i2,i3；其中i1为仅有紫外光时的电流值，i2为仅有风作用于器件的电流值，i2为当一定风速和一定光强的紫外光同时作用到器件上时，器件产生的电流值；

s33：编辑程序使达到以下要求，电流处于小于i1时，红色灯泡亮起，电流值处于i1与i2之间时绿色灯泡亮起，电流值大于i3时蓝色灯泡亮起。

实施例1

（1）自驱动紫外光探测器的构建：a.将导电玻璃fto基底在丙酮，乙醇，去离子水中依次超声清洗10分钟，用氮气吹干备用；b.遮挡一部分基底导电面，在磁控溅射仪器中设置溅射氧化锌，氧化镍，ito溅射功率分别为80w，150w，75w，工作压强设置为1pa，进行溅射；c.撕掉基底上粘贴的绝缘胶带，在fto露出的区域点上银浆，引出导线；d.在溅射的ito导电电极上点上银浆，引出导线，即得到自驱动紫外探测器。

（2）自驱动风速探测器的构建：a.在步骤（1）中所用的同一基底的不导电面粘贴一层铝箔，作为风速探测器的一个电极；b.另取相同尺寸的玻璃板，并于玻璃板上粘贴一层铝箔，作为风速探测器的另一个电极；c.裁取出0.5cm×0.5cm×8cm大小的亚克力板，共计4根，作为器件的支撑体，并用这4根一定尺寸的亚克力条支撑起两块玻璃板；d.在支撑起来的两块玻璃板之间中段处，固定聚四氟乙烯片的一端，并从两个铝片上分别引出导线，连接到整流桥上，即得到自驱动风速探测器。

（3）可视化界面的设计与应用：a.首先测试器件在一定紫外光强的电流值，一定风速下的电流值，以及紫外光和风速均存在时的电流值；b.在labview软件中设置3个电流阈值，分别记为i1，i2,i3。其中i1为仅有紫外光时的电流值，i2为仅有风作用于器件的电流值，i2为当一定风速和一定光强的紫外光同时作用到器件上时，器件产生的电流值；c.编辑程序使达到以下要求，电流处于小于i1时，红色灯泡亮起，电流值处于i1与i2之间时绿色灯泡亮起，电流值大于i3时蓝色灯泡亮起。

实施例2：

（1）自驱动紫外光探测器的构建：a.将导电玻璃ito基底在丙酮，乙醇，去离子水中依次超声清洗10分钟，用氮气吹干备用；b.遮挡一部分基底导电面，在磁控溅射仪器中设置溅射氧化锌，氧化镍，ito溅射功率分别为80w，120w，75w，工作压强设置为1pa，进行溅射；c.撕掉基底上粘贴的绝缘胶带，在fto露出的区域点上银浆，引出导线；d.在溅射的ito导电电极上点上银浆，引出导线，即得到自驱动紫外探测器。

（2）自驱动风速探测器的构建：a.在步骤（1）中所用的同一基底的不导电面粘贴一层铜箔，作为风速探测器的一个电极；b.另取相同尺寸的玻璃板，并于玻璃板上粘贴一层铜箔，作为风速探测器的另一个电极；c.裁取出0.5cm×0.5cm×8cm大小的亚克力板，共计4根，作为器件的支撑体，并用这4根一定尺寸的亚克力条支撑起两块玻璃板；d.在支撑起来的两块玻璃板之间中段处，固定聚乙烯亚胺的一端，并从两个铝片上分别引出导线，连接到整流桥上，即得到自驱动风速探测器。

（3）可视化界面的设计与应用：a.首先测试器件在另一光强强度下的紫外光强的电流值，另一风速大小下的电流值，以及紫外光和风速均存在时的电流值；b.在labview软件中设置3个电流阈值，分别记为i1，i2,i3。其中i1为仅有紫外光时的电流值，i2为仅有风作用于器件的电流值，i2为当一定风速和一定光强的紫外光同时作用到器件上时，器件产生的电流值；c.编辑程序使达到以下要求，电流处于小于i1时，红色灯泡亮起，电流值处于i1与i2之间时绿色灯泡亮起，电流值大于i3时蓝色灯泡亮起。

实施例3：

（1）自驱动紫外光探测器的构建：a.将导电玻璃ito基底在丙酮，乙醇，去离子水中依次超声清洗10分钟，用氮气吹干备用；b.遮挡一部分基底导电面，在磁控溅射仪器中设置溅射氧化锌，氧化镍，ito溅射功率分别为80w，120w，75w，工作压强设置为1pa，进行溅射；c.撕掉基底上粘贴的绝缘胶带，在fto露出的区域点上金浆，引出导线；d.在溅射的ito导电电极上点上金浆，引出导线，即得到自驱动紫外探测器。

（2）自驱动风速探测器的构建：a.在步骤（1）中所用的同一基底的不导电面粘贴一层铜箔，作为风速探测器的一个电极；b.另取相同尺寸的玻璃板，并于玻璃板上粘贴一层铜箔，作为风速探测器的另一个电极；c.裁取出0.5cm×0.5cm×8cm大小的亚克力板，共计4根，作为器件的支撑体，并用这4根一定尺寸的亚克力条支撑起两块玻璃板；d.在支撑起来的两块玻璃板之间中段处，固定聚乙烯亚胺的一端，并从两个铝片上分别引出导线，连接到整流桥上，即得到自驱动风速探测器。

（3）可视化界面的设计与应用：a.首先测试器件在另一光强强度下的紫外光强的电流值，另一风速大小下的电流值，以及紫外光和风速均存在时的电流值；b.在labview软件中设置3个电流阈值，分别记为i1，i2,i3。其中i1为仅有紫外光时的电流值，i2为仅有风作用于器件的电流值，i2为当一定风速和一定光强的紫外光同时作用到器件上时，器件产生的电流值；c.编辑程序使达到以下要求，电流处于小于i1时，红色灯泡亮起，电流值处于i1与i2之间时绿色灯泡亮起，电流值大于i3时蓝色灯泡亮起。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。