[发明专利]一种基于摩擦纳米发电机空气放电的新型紫外光检测器及其检测方法

说明书

本发明提供一种基于摩擦发电机空气放电的新型紫外光检测器及其检测方法，所述紫外检测器仍然基于半导体材料表面氧吸附脱附机制，其包括电离空气组件和紫外检测组件，所述电离空气组件包括摩擦纳米发电机、整流电路和放电探针，所述摩擦纳米发电机包括两相对运动部，两相对运动部能够在分离状态和接触状态之间往复切换，从而形成交流脉冲信号，且摩擦纳米发电机的输出端与整流电路的输入端电性连接以传输该交流脉冲信号，整流电路的负极输出端连接至所述放电探针，整流电路的正极输出端接地；本发明借助于摩擦纳米发电机提供高压输出，直接电离空气产生O₂^‑，从根本上摆脱了半导体材料层表面氧吸附使对自由电子浓度的依赖。

技术领域

本发明属于紫外检测器技术领域，具体涉及一种基于摩擦发电机空气放电的新型紫外光检测器及其检测方法。

背景技术

基于表面氧吸附脱附机制的紫外检测器，由于具有灵敏度高、回复速度快的优点，受到人们的广泛关注。但是该类检测器普遍存在着响应慢的问题，其响应时间普遍在秒的级别，这就严重限制了其在快速光开关、光检测方面的应用。

为了提高该类紫外检测器的回复速度，目前主要集中在制备不同结构的纳米器件，诸如单根的纳米线器件或复合的纳米材料构筑的纳米紫外检测器等等；然而这类器件要么制备工艺复杂、制备成本高，要么仪器过于精密、操作复杂，均难以实现产业化推广。且不可改变的是，基于表面氧吸附脱附机制的紫外检测器的回复速度过度依赖于其表面的自由电子浓度，因此要更好地提高该类紫外检测器的回复速度，就需要摆脱对表面自由电子浓度的依赖。

发明内容

本发明针对目前的紫外检测器依赖于表面自由电子浓度而导致回复速度慢的问题，提供一种基于摩擦发电机空气放电的新型紫外光检测器及其检测方法，通过摩擦纳米发电机提供高压输出，直接电离空气产生O₂^-，从根本上摆脱了半导体材料层表面氧吸附对自由电子浓度的依赖。

本发明采用如下技术方案：

一种基于摩擦发电机空气放电的新型紫外光检测器，所述紫外检测器仍然基于半导体材料表面氧吸附脱附机制，其包括电离空气组件和紫外检测组件，所述电离空气组件包括摩擦纳米发电机、整流电路和放电探针，所述摩擦纳米发电机包括两相对运动部，两相对运动部能够在分离状态和接触状态之间往复切换，从而形成交流脉冲信号，且摩擦纳米发电机的输出端与整流电路的输入端电性连接以传输该交流脉冲信号，整流电路的负极输出端连接至所述放电探针，整流电路的正极输出端接地；

所述紫外检测组件包括半导体材料层以及分设于半导体材料层两侧且与半导体材料层形成电性接触的第一电极和第二电极，所述放电探针与半导体材料层相对设置，所述第一电极或第二电极接地且第一电极和第二电极之间连接有信号处理系统，且信号处理系统根据得到的信号控制摩擦纳米发电机的动作。此信号处理系统为紫外检测器进行信号处理的常规结构，经信号处理系统处理可判断是否有紫外光照射及紫外光强度情况，非本发明改进所在，不再赘述。

优选地，所述放电探针的针尖与半导体材料层的间距为0.5~1.5mm。

优选地，所述摩擦纳米发电机采用以下结构：垂直接触分离结构（CS）、平行滑动结构（LS）、单电极接触结构（SEC）、滑动式摩擦层自由移动结构（SFT）或接触式摩擦层自由移动结构（CFT）。

本发明所用紫外检测器中，已有的摩擦纳米发电结构均适用，这里列出5种基本的结构，具体结构见图2。

五种基本的结构为垂直接触分离结构（CS）、平行滑动结构（LS）、单电极接触结构（SEC）、滑动式摩擦层自由移动结构（SFT）和接触式摩擦层自由移动结构（CFT）。下面参照图2具体介绍每种结构摩擦纳米发电机的典型结构：