纳米发电机的研究蓬勃发展,目前已经研制出压电纳米发电机、摩擦纳米发电机和热释电纳米发电机等多种形式,在环境能源收集领域具有广泛的应用前景。同时,基于纳米发电机的自驱动纳米器件及系统也引起了广泛的关注,利用纳米发电机输出的电信号既可以提供能源,又可以作为传感信号的优势,发展出新型的、多任务工作模式的主动式传感器。
近期,张岩研究组基于表面载流子的屏蔽效应研制出一种全新的气体传感器。其主要部件为包含氧化锌纳米线的压电式纳米发电机,当其暴露在气体环境中时,气体分子会吸附在具有高比表面积和吸附活性的氧化锌纳米线表面,并对表面载流子密度产生影响,从而影响纳米发电机的输出。实验显示,在不同的气体环境中,如氧气、硫化氢和水蒸气中时,该气体传感器承受相同的应力作用可以得到不同的输出信号。尤其是针对硫化氢,本气体传感器的灵敏度高达100ppm。此项工作发表在《纳米技术》(nanotechnology,http://iopscience.iop.org/0957-4484/24/22/225501/)上,开启了纳米发电机在自供电有源气体传感器上的应用。
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图作为有源气体传感器的纳米发电机;a.纳米发电机的结构示意图,插图为纳米发电机实物照片;b.从顶部观察生长在钛箔上氧化锌纳米线阵列的SEM图;c.氧化锌纳米线阵列的截面SEM图;d.氧化锌纳米线的HRTEM图和SAED图。