CN103780134B - 自驱动光电传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自驱动光电传感器及其制备方法。该自驱动光电传感器将光电传感器融入到摩擦纳米发电机的结构中，利用摩擦纳米发电机的输出信号来驱动光电传感器。

Description

自驱动光电传感器及其制备方法

技术领域

本发明涉及微型传感器技术领域，尤其涉及一种自驱动光电传感器及其制备方法。

背景技术

在微电子和材料技术高速发展的今日，大量具有多种功能和高度集成化的新型微型电子器件不断被开发出来，并在人们日常生活的各个领域展现出前所未有的应用前景。

自然界和人类生命存续过程中会不断产生各种动能和势能，如何将这些微小的能量转变为我们所需的驱动力来源，是人们在不断探寻的方向。2006年，美国佐治亚理工学院的王中林研究组提出了纳米发电机的理念，开辟了能源转化和应用的一个新的范畴。在此基础上，王中林教授所领导的研究组通过合理的设计器件结构，使得摩擦起电这一古老的现象展现出新的应用价值和潜力。整个摩擦电发电机则依靠摩擦电电势的充电泵效应，将两种镀有金属电极的第二摩擦层和第一摩擦层贴合在一起组成器件，在外力作用下器件产生机械形变，导致两层聚合物膜之间发生相互摩擦，从而产生电荷分离并形成电势差。两个金属极板作为发电机的电能输出端，通过静电感应可以在表面生成感应电荷。感应电荷在摩擦电电势驱动下流经外电路即可形成电流。

传感网络将是未来驱动经济发展的根本动力。传统传感器包括机械传感器，化学传感器，生物传感器，光电传感器和气体传感器等多种类型。光电传感器是将环境中值得注意的信息(如光线强度，风速，重金属含量或人体中特定生物分子的改变量)转换成电信号以便纪录分析的一种装置。随着科技不断的进步，其应用也越来越广，包括在化学分析、医疗诊断、食品工业或环境监测等领域上，都可以见到光电传感器的运用。

然而，目前的纳米传感器皆须外接电源来驱动其工作，不仅耗费能源，而且由于电源以可充电或一次性电池为主，这些电源的体积较大，从而使纳米传感器的应用范围受到了严重的制约，同时电池废弃后对环境产生的恶劣影响也促使人们努力的寻找更为环保的动力来源。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种自驱动光电传感器及其制备方法，以使光电传感器摆脱外接电源造成的种种不便。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种自驱动光电传感器。该自驱动光电传感器包括：第一导电元件；第一摩擦层，位于第一导电元件的下表面；第二导电元件，与第一导电元件相对设置；第二摩擦层，位于第二导电元件上方绝缘层的上表面，其材料与第一摩擦层的材料位于摩擦电极序的不同位置，并且为光致阻变材料，用于接收待测光；以及第一电极和第二电极，形成于第二摩擦层的隔开预设距离的不同位置，并与相应位置的第二摩擦层形成电性接触，其中，第一电极连接至第一导电元件，第二电极连接至第二导电元件；其中，第一摩擦层和第二摩擦层能够在分离状态和接触状态之间往复切换，从而在第一导电元件和第二导电元件之间形成振幅随照射至第二摩擦层的待探测光强度和/或波长而变化的交流脉冲信号。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种自驱动光电传感器的制备方法。该制备方法包括：步骤A，制备第一导电元件和第一摩擦层；步骤B，制备第二导电元件、绝缘层和第二摩擦层，并在第二摩擦层的不同位置制备第一电极和第二电极；步骤C，将第一电极与第一导电元件电性连接；第二电极与第二导电元件电性连接；步骤D，将第一导电元件、第一摩擦层、第二导电元件、绝缘层、第二摩擦层组成的器件按照预设位置配置后封装，并使第一摩擦层和第二摩擦层所组成的摩擦发电机可在分离状态和接触状态之间往复切换。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明自驱动光电传感器及其制备方法具有以下有益效果：

(1)利用摩擦纳米发电机的原理结合光电传感器实现了自驱动光电传感技术，将光电传感器完全融入到摩擦纳米发电机的结构中，利用摩擦纳米发电机的输出信号来判别外界光线的强度；

(2)将纳米结构物直接长在绝缘层上当作摩擦层，能够显著提高电信号的输出性能，打破了以往需要先制备摩擦层再在摩擦层表面形成纳米结构的限制，大大简化了制备方法、降低了成本，同时还为电信号的优化输出提供了一条新的途径；

(3)通过调控纳米结构物，来适应待探测光波长范围，具有灵活的可调控性；此外，不仅能够高选择性的与待探测光波长范围发生相互作用，而且仅需要光电传感器感知到光线强度的大小产生电阻的变化，即可使电信号产生变化，因而具有极高的探测灵敏度

(4)具有体积小、自驱动的特性，能够广泛用于各种领域；制作方便，成本低，易于产业推广和应用；节约能源，是一种绿色的传感器件。

附图说明

通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为根据本发明第一实施例自驱动光电传感器的结构示意图；

图2为图1所示自驱动光电传感器受到外力作用时的结构示意图；

图3为图1所示自驱动光电传感器中摩擦纳米发电机工作原理示意图；

图4为使用外接电源测量图1所示自驱动光电传感器所得到的光电流响应图；

图5为图1所示自驱动光电传感器输出及其外接不同大小电阻时的测试曲线；

图6为根据本发明第二实施例自驱动光电传感器的结构示意图；

图7为本发明自驱动光电传感器一种典型结构的横截面剖视图；

图8为根据本发明第三实施例自驱动光电传感器的结构示意图；

图9为本发明实施例图1所示自驱动光电传感器的制备方法的流程图；

图10为以手指按压作为驱动力，在紫外光强随时间逐渐增加的情况下，由该紫外光光电传感器输出的光响应电流图；

图11A至图11D为本发明实施例自驱动光电传感器对于不同紫外光光线强度所造成的电压及电流输出的曲线。

【本发明主要元件符号说明】

10-第一绝缘支撑件；11-第一导电元件；

12-第一摩擦层；

20-第二绝缘支撑件；21-第二导电元件；

22-绝缘层；23-第二摩擦层；

30-空间保持件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

本发明中的自驱动光电传感器利用摩擦纳米发电机作为光电传感器的供电装置，并且摩擦纳米发电机的摩擦层同时还作为光电传感器的一个光感应部件，这种部件的共用将二者有机地结合在一起。当外界光线有所变化时，作为光感应部件的摩擦层的电阻产生变化，因此当摩擦纳米发电机工作后产生的电信号向光电传感器进行输入时，通过光电传感器的电流和其上分得的电压就会发生变化，从而达到侦测外界光线的目的。

本发明的第一个示例性实施例中，提供了一种自驱动光电传感器。如图1所示，该光电传感器包括：第一导电元件11；第一摩擦层12，设置于第一导电元件11的下表面；第二导电元件21，与第一导电元件11相对设置且隔开预设距离；绝缘层22，形成于第二导电元件21的上表面；第二摩擦层23，形成于绝缘层22的上表面，其材料与第一摩擦层12的材料存在摩擦电极序差异，并且其阻值可随入射光强的变换而变化，用于接收待测光；第一电极和第二电极，形成于第二摩擦层23上隔开预设距离的不同位置，并与相应位置的第二摩擦层形成肖特基接触，其中，第一电极与第一导电元件11电性连接；第二电极与第二导电元件21电性连接。空间保持件30，由绝缘材料制备，设置于第一导电元件11和第二导电元件21之间，第一摩擦层和第二摩擦层的外围，所述待探测光从空间保持件之间的空隙照射至第二摩擦层上。

本实施例中，空间保持件30包括多个分离的弹性柱。第一导电元件11连接至第一信号输出端(由虚线表示电性连接关系)，第二导电元件21连接至第二信号输出端(由虚线表示电性连接关系)。第一摩擦层12和第二摩擦层23在分离状态和接触状态之间往复切换，从而在第一信号输出端和第二信号输出端之间形成交流脉冲，具体来说：

(1)请参照图1和图3，空间保持件30在没有外力施加时正常打开，第一摩擦层12与第二摩擦层23处于分离状态，面对面并保持一定的间隙，见图3中a图；

(2)请参照图2和图3，在如箭头所示的外力的作用下，空间保持件30在外力作用下压缩，第一摩擦层12与第二摩擦层23接触并有微小切向滑动。由于第一摩擦层12与第二摩擦层23之间的材料在摩擦电极序中的位置不同，在接触的瞬间发生表面电荷转移，形成一层表面接触电荷，其中：第一摩擦层12表面产生负电荷，而第二摩擦层23表面产生正电荷，两种电荷的电量大小相同，见图3中b图。

其中，产生电荷分离并形成电势差的原理在于构成第一摩擦层与第二摩擦层的材料之间存在摩擦电极序差异而引起的摩擦起电现象。这里的“摩擦电极序”，是指根据材料对电荷的吸引程度将其进行的排序，两种材料在相互接触的瞬间，在接触面上正电荷从摩擦电极序中极性较负的材料表面转移至摩擦电极序中极性较正的材料表面。迄今为止，还没有一种统一的理论能够完整的解释电荷转移的机制，一般认为，这种电荷转移和材料的表面功函数相关，通过电子或者离子在接触面上的转移而实现电荷转移。需要进一步说明是，电荷的转移并不需要两种材料之间的相对摩擦，只要存在相互接触即可。其中，上述的“接触电荷”，是指在两种摩擦电极序极性存在差异的材料在接触摩擦并分离后其表面所带有的电荷，一般认为，该电荷只分布在材料的表面，分布最大深度不过约为10纳米。需要说明的是，接触电荷的符号是净电荷的符号，即在带有正接触电荷的材料表面的局部地区可能存在负电荷的聚集区域，但整个表面净电荷的符号为正。

(3)当外力消失时，由于空间保持件30的弹性作用，第一摩擦层12与第二摩擦层23重新分离，产生间隙。由于间隙的存在，第一摩擦层12表面的负电荷对第一导电元件11上电子的排斥作用力大于第二摩擦层23表面的正电荷对第一导电元件11上电子的吸引作用，第二摩擦层23表面的正电荷对第二导电元件21上电子的吸引力大于第一摩擦层12表面的负电荷的排斥作用。因此，电子将从第一导电元件11经过外电路流向第二导电元件21，并在第一导电元件11上产生正电荷，在第二导电元件21上产生负电荷。该过程即产生了通过外电路/负载的瞬时脉冲电流，见图3中c图。

(4)当外力再度施加时，在第一摩擦层12表面的负电荷的排斥力作用下，第二导电元件21上的电子又再度流回第一导电元件12，形成方向相反的瞬时电流，见图3中d图。

可见，当第一摩擦层12和第二摩擦层23在分离状态和接触状态之间往复切换时，产生的上述交流脉冲由第一信号输出端和第二信号输出端进行输出，从而形成载波信号。

本实施例中，第二摩擦层的材料为光致阻变材料。当由空间保持件之间的空隙照射的待探测光发生变化时，第二摩擦层的阻值也会发生变化，进而由第一信号输出端和第二信号输出端输出的交流脉冲的幅度也会产生变化，即由待探测光的变化来调制摩擦发电机所产生的交流脉冲，这就是本发明自驱动光电传感器的基本工作原理。其中，待探测光发生变化，不仅包括待探测光的光强发生变化，还包括待探测光的波长发生变化。

需要注意的是，交流脉冲信号的变化应当与待探测光的波长范围及强度具有“高选择性的相互作用”。该“高选择性的相互作用”是指第二摩擦层23的材料与待探测光波长的范围及强度作用效果具有统计学意义的显著性，即：待探测光作用前后此自驱动光电传感器输出信号的变化值至少是背景值或其他波长范围的光作用前后变化值的3倍。为此应该选择对待探测光响应敏感度较高的光致阻变材料，这属于光响应材料领域的一般常识，在此不多叙述。需要强调的是由于该光致阻变材料同时作为第二摩擦层而存在，其材料的调整必然会影响到本发明光电传感器的输出性能。因此，本发明自驱动光电传感器在设计和制备过程中主要考虑以下两个方面的因素：

第一方面是光电传感器的光响应范围与待探测光的匹配，此光响应范围包括了待探测光的波长及强度。

以第二摩擦层23为三维的二氧化钛纳米结构物、第一电极和第二电极为在该三维的二氧化钛纳米结构物上沉积的Ni金属薄膜的自驱动光电传感器为例，其在紫外光照射下的光电流响应如图4所示：

(1)图4中子图a为所制备的光电传感器在一外加电压为5V，紫外光强度为70μWcm^-2的条件下所测得的光电流响应图，可看出在光照和黑暗的情况下，响应的重复性极佳，表示稳定度很好；

(2)由图4中子图b来看，可观察到光响应速度极为快速，这些都是一极佳的光电传感器需具备的性质；

(3)图4中子图c为此光电传感器在外加电压为-10V～10V间，在不同光照强度下的光响应电流输出，代表可量测光强度范围广；

(4)图4中子图d为光照强度从1μWcm^-2～100mWcm^-2的范围，其光响应电流输出都有变化，且呈一线性，代表此光电传感器侦测紫外光强度的范围至少达5个量级，再进一步将其响应换算成A/W，如子图e所示可发现其响应在此范围内皆大于10。

第二方面是光电传感器的输出随电阻的可变化范围，应要与待探测光照射下光电传感器电阻的变化范围相匹配，如此一来组装而成的自驱动光电传感器对于光线强度的变化范围才会最大，表示可侦测的光线强度范围方会广。

以第一摩擦层12为聚二甲基硅氧烷，第二摩擦层23为三维的二氧化钛纳米结构物的自驱动光电传感器为例，其输出及连接电阻后输出的测试曲线如图5A和图5B所示。由图5A和5B可以看出其电阻变化范围与上述光电传感器电阻的变化范围有匹配到。

本实施例中，利用第二摩擦层23与待探测光线波长范围的高选择性相互作用，再配合第二摩擦层23本身所建构的摩擦纳米发电机输出特性，从而实现对待探测光的高灵敏度侦测。

以下将结合图1，对本实施例自驱动光电传感器的各组成部分进行详细的说明。

本实施例自驱动光电传感器中对第一摩擦层12和第二摩擦层23的硬度、厚度、形状、间距和材料等方面的要求介绍如下：

(1)本发明并不限定第一摩擦层12和第二摩擦层23必须是硬质材料，也可以选择柔性材料，因为材料的硬度并不影响二者之间的摩擦效果，本领域的技术人员可以根据实际情况进行选择。

(2)第一摩擦层12和第二摩擦层23的厚度对本发明的实施没有显著影响，只是在制备的过程中需要综合考虑摩擦层强度与发电效率等因素。本发明优选摩擦层为薄层，厚度为50nm～2cm，优选100nm～1cm，更优选500nm～5mm，更优选1μm～2mm，这些厚度对本发明中所有的技术方案都适用。第一摩擦层12的厚度越薄越好，但由于现有技术局限，最优选为1μm～100μm；第二摩擦层23厚度无局限，但从经济方面考虑，最优选为50nm～200nm。

(3)本发明对第一摩擦层12和第二摩擦层23的形状没有特殊限制，只要保证在外力的作用下第一摩擦层12下表面与第二摩擦层23的上表面至少有部分接触即可。但是，为了获得更好的交流脉冲信号输出性能，第一摩擦层12下表面和第二摩擦层23上表面形状最好相同或互补，使得在有外力施加时，第一摩擦层12下表面与所述第二摩擦层的上表面完全接触，以产生最大的接触电荷密度。

(4)本发明对第一摩擦层12的下表面与第二摩擦层23上表面的间距没有特殊要求，但是为了使在摩擦过程中产生的接触电荷尽量完全地转移到导电元件上，优选该间距比第一摩擦层12和/或第二摩擦层23的厚度大，最好能大一个数量级以上。

(5)第一摩擦层12和第二摩擦层23分别由在摩擦电极序中处于不同的位置的材料组成，从而使得二者在发生摩擦的过程中能够在表面产生接触电荷。当第一摩擦层12和第二摩擦层23材料的得电子能力相差越大(即在摩擦电极序中的位置相差越远)时，发电机输出的交流脉冲信号越强。所以，可以根据实际需要，选择合适的材料来制备第一摩擦层12和第二摩擦层23，以获得更好的输出效果。

本实施例中，第一摩擦层的材料可以为绝缘材料、导体等等。

常规的绝缘材料都具有摩擦电特性，均可以作为制备第一摩擦层12的材料，此处列举一些常用的绝缘材料并按照摩擦电极序由正极性到负极性排序：苯胺甲醛树脂、聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺11、聚酰胺6-6、羊毛及其编织物、蚕丝及其织物、纸、聚乙二醇丁二酸酯、纤维素、纤维素醋酸酯、聚乙二醇己二酸酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、再生纤维素海绵、棉及其织物、聚氨酯弹性体、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、木头、硬橡胶、醋酸酯、人造纤维、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚酯(涤纶)、聚异丁烯、聚氨酯弹性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、丁二烯-丙烯腈共聚物、氯丁橡胶、天然橡胶、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-co-丙烯腈)、聚双酚A碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚(2，6-二甲基聚亚苯基氧化物)、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚三氟氯乙烯、聚四氟乙烯、派瑞林，包括派瑞林C、派瑞林N、派瑞林D、派瑞林HT和派瑞林AF4。限于篇幅的原因，并不能对所有可能的材料进行穷举，此处仅列出几种具体的材料供人们参考，但是显然这些具体的材料并不能成为本发明保护范围的限制性因素，因为在发明的启示下，本领域的技术人员根据这些材料所具有的摩擦电特性很容易选择其他类似的材料。

相对于绝缘体，导体均具有容易失去电子的摩擦电特性，在摩擦电极序的列表中常位于末尾处。因此，导体也可以作为制备第一摩擦层12的原料。常用的导体包括金属、导电氧化物或导电高分子，其中金属包括金、银、铂、铝、镍、铜、钛、铬或硒，以及由上述金属形成的合金；导电氧化物常用的如铟锡氧化物ITO等。由于导电材料本身就可以作为导电元件使用，因此当摩擦层使用导电材料时，可以将导电元件和相应的摩擦层合二为一。

为了进一步增加第一摩擦层12与第二摩擦层23之间的接触面积，从而增大接触电荷量，还可以对第一摩擦层12下表面进行物理改性，使其表面分布有微米或次微米量级的微结构阵列。具体的改性方法包括光刻蚀、化学刻蚀和离子体刻蚀等。所述微结构选自纳米线，纳米棒，纳米管，纳米锥，纳米颗粒，纳米沟槽，微米线，微米棒，微米管，微米锥，微米颗粒，微米沟槽。

此外，为了达到上述目的，还可以在第一摩擦层的下表面点缀或涂覆纳米材料。该纳米材料可以选自纳米颗粒，纳米管，纳米线和纳米棒。根据实际需要可以具体选择金纳米颗粒，金纳米线，金纳米棒，金纳米管，银纳米颗粒，银纳米线，银纳米棒，银纳米管，铜纳米颗粒，铜纳米线，铜纳米棒，铜纳米管，二氧化硅纳米颗粒，二氧化硅纳米线，二氧化硅纳米棒，二氧化硅纳米管，聚二甲基硅氧烷纳米颗粒，聚二甲基硅氧烷纳米线或聚二甲基硅氧烷纳米棒，聚二甲基硅氧烷纳米管，聚四氟乙烯纳米颗粒，聚四氟乙烯纳米线，聚四氟乙烯纳米棒，聚四氟乙烯纳米管。

此外，为了达到上述目的，也可以对第一摩擦层12下表面行化学改性，能够进一步提高电荷在接触瞬间的转移量，从而提高接触电荷密度和发电机的输出功率。化学改性又分为如下两种类型：一种方法是对第一摩擦层12，在极性为正的材料表面引入更易失电子的官能团(即强给电子基团)，或者在极性为负的材料表面引入更易得电子的官能团(强吸电子基团)，都能够进一步提高电荷在相互滑动时的转移量，从而提高摩擦电荷密度和发电机的输出功率。强给电子基团包括：氨基、羟基、烷氧基等；强吸电子基团包括：酰基、羧基、硝基、磺酸基等。官能团的引入可以采用等离子体表面改性等常规方法。例如可以使氧气和氮气的混合气在一定功率下产生等离子体，从而在材料表面引入氨基。另外一种方法是在极性为正的基板材料表面引入正电荷，而在极性为负的材料表面引入负电荷。具体可以通过化学键合的方式实现。例如，可以在聚二甲基硅氧烷基板表面利用溶胶-凝胶的方法修饰上正硅酸乙酯，而使其带负电。也可以在金属金薄膜层上利用金-硫的键结修饰上表面含十六烷基三甲基溴化铵的金纳米粒子，由于十六烷基三甲基溴化铵为阳离子，故会使整个基板变成带正电性。本领域的技术人员可以根据基板材料的得失电子性质和表面化学键的种类，选择合适的修饰材料与其键合，以达到本发明的目的，因此这样的变形都在本发明的保护范围之内。

第二摩擦层同时承担摩擦层和光感应层的两个功能，因此需要同时具有在摩擦过程中能够产生表面电荷的性质和在光照下电阻能够发生变化的性能，一般选择本领域常用的光致阻变材料，例如半导体。该半导体材料可以为以下材料：SnO₂，ZnO，TiO₂，In₂O₃，ZnS，ZnSe，ZnTe，GaN，Se，CdS，CdSe，CdTe，Si，Ge，PbS，InGaAs，PbSe，InSb、PbTe，HgCdTe，PbSn，HgS，HgSe，HgTe和Te。为了提高光响应的灵敏度和摩擦发电的效率，最好将上述材料形成纳米结构，例如纳米棒，纳米管，纳米锥，纳米沟槽，以及由这些结构形成的阵列。

现有的摩擦纳米发电机都是采用薄膜状的摩擦层，或者是在该薄膜状的摩擦层表面通过刻蚀等技术形成微结构以增大摩擦面积，然而此举极难形成规律的纳米结构物，而纳米结构物则具有较佳的光感测效果及较大的摩擦面积等优势。

当采用在绝缘层上直接生长或化学键连纳米结构物形成第二摩擦层23时，摩擦纳米发电机的输出性能大幅增加，且其所制备而成的光电传感器也具有高灵敏性及侦测范围广的优点，如图4所示。所谓的直接生长是指纳米结构物在绝缘层表面原位形成。化学键连是指纳米结构物与绝缘层表面通过化学键相连，这种连接可以是纳米结构物在绝缘层表面原位生长的过程中形成，也可以是在后续加工的过程中形成的，例如将纳米结构物附着在绝缘层表面后，通过加热或化学反应等方式，使纳米结构物与绝缘层之间形成化学键连。

交流脉冲信号输出性能增加的原因可能是增大了摩擦面积，所以，虽然本实施例仅有一个摩擦层采用了直接生长的纳米结构物，但是本领域的技术人员完全可以预测得到，当两个摩擦层均采用类似的结构，甚至是可以完全互补的结构，摩擦面积的影响会进一步提升，从而获得更好的输出效果。因此，在实际应用过程中，可以综合成本和输出性能的要求来选择使用单一摩擦层或2个摩擦层表面皆具有纳米结构物。纳米结构物原位生长的方法可以采用水热法、外延生长法、电化学刻蚀法等等。

在本发明优选的实施例中，第一摩擦层12为聚四氟乙烯或聚二甲基硅氧烷；第二摩擦层23的考虑需以待探测光的波长范围为主来选择材料组成，优选为当待测光属于紫外波段时，第二摩擦层的材料为TiO2；当待测光属于可见光波段时，第二摩擦层的材料为CdS；当待测光属于红外线波段时，第二摩擦层的材料为HgTe。

第一导电元件11和第二导电元件21作为发电机的两个电极，需要具备能够导电的特性，可选自金属、导电氧化物或导电高分子，常用的金属包括金、银、铂、铝、镍、铜、钛、铬或硒，以及由上述金属形成的合金；常用的导电氧化物包括铟锡氧化物ITO和离子掺杂型的半导体。优选地，第一导电元件11和第二导电元件21的材料为金、银或铂。

第一导电元件11应当与第一摩擦层12表面紧密接触，第二导电元件应当与第二摩擦层表面紧密接触，以保证电荷的传输效率；可以采用沉积的方法在摩擦层表面制备相应的导电元件，例如电子束蒸发、等离子体溅射、磁控溅射或蒸镀等方法。此外，还可以直接利用金属板作为导电元件，用导电胶将其与摩擦层电连接。

为了提高电荷传输效率，优选第二摩擦层23在绝缘层22上表面进行外延生长，同时在绝缘层22的下表面沉积第二导电元件，以使三者形成一个整体。例如绝缘层22为玻璃，可以在其表面通过水热法形成所需的二氧化钛纳米结构物作为第二摩擦层23，在玻璃下表面生成ITO薄膜作为第二导电元件21，从而使ITO薄膜，玻璃和二氧化钛纳米结构物成为紧密结合的一体结构。

第一导电元件11和第二导电元件21可以是薄膜或薄层，厚度的可选范围为10nm～2cm，优选为50nm～5mm，更优选为100nm～1mm，更优选为500nm～500μm，更优选为1μm～100μm。导电元件并不必须限定是硬质的，也可以是柔性的，因为柔性导电元件同样可以起到对摩擦层的支撑和导电作用。第一导电元件11和第二导电元件21通过导线或金属薄层与外电路连接。

请参照图1、图2和图6，第一电极和第二电极形成于第二摩擦层的隔开预设距离的不同位置，与相应位置的第二摩擦层形成电性接触。其中，该电性接触可以为欧姆接触或者肖特基接触。优选地，第一电极和第二电极与相应位置的第二摩擦层形成肖特基接触。其中，第一电极和第二电极选自于：金属、导电氧化物或导电高分子。优选地，第一电极和第二电极选自于：金、银或铂。

本实施例中，所述绝缘层的厚度介于10nm～5mm之间，其材料为有机玻璃、二氧化硅或选自于以下材料其中之一：苯胺甲醛树脂、聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺尼龙11、聚酰胺尼龙66、羊毛及其织物、蚕丝及其织物、纸、聚乙二醇丁二酸酯、纤维素、纤维素醋酸酯、聚乙二醇己二酸酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、再生纤维素海绵、棉及其织物、聚氨酯弹性体、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、木头、硬橡胶、醋酸酯、人造纤维、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯弹性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、丁二烯-丙烯腈共聚物、氯丁橡胶、天然橡胶、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-co-丙烯腈)、聚双酚A碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚(2，6-二甲基聚亚苯基氧化物)、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚三氟氯乙烯、聚四氟乙烯和派瑞林。在本发明优选的实施例中，所述绝缘层为厚度二氧化硅层或有机玻璃。其中，如果采用二氧化硅层作为绝缘层，其厚度应当介于1nm～1000μm之间，优选地介于10nm～100μm之间，最佳地介于100nm～10μm之间。如果采用有机玻璃作为绝缘层，其厚度应当介于100nm～1000μm之间，优选地基于1um～1000μm之间，最佳地介于10um～1000μm之间。

空间保持件30用于保持第一摩擦层12和第二摩擦层23之间在有外力的作用下能够相互接触，而在没有外力的作用下形成空隙。空间保持件30可以采用具有绝缘特性的弹性材料，例如弹性橡胶、弹簧或弹片。

本实施例中，空间保持件30可以为包括多个分离的弹性支撑体，待测光从相邻弹性支撑体之间的空隙照射至第二摩擦层。此外，空间保持件30还可以为一体的弹性支撑体，只要具有让待探测光信号照射至第二摩擦层23的空隙即可。

根据第一导电元件11、第一摩擦层12、第二导电元件21、第二摩擦层23的形状、尺寸及相对位置，可以决定空间保持件30的形状和位置。例如可以在第二导电元件21上围绕第二摩擦层23周围粘贴一圈空间保持件，也可以直接将空间保持件粘结在摩擦层的表面，还可以将空间保持件连在导电元件的外侧，其中空间保持件30为U形弹性片，可以仅在传感器的一侧设置，也可以两侧都设置。当空间保持件30连接在绝缘支撑体上时，还可以使用导电材料制备，例如金属弹片或弹簧等。

进一步来讲，虽然本实施例的自驱动光电传感器具有空间保持件，然而本发明并不以此为限。不论何种手段，只要能够实现光电传感器的第一摩擦层和第二摩擦层在分离状态和接触状态之间往复切换，就可以产生交流脉冲电流，进而实现本发明自驱动光电传感器的功能。

至此，本发明第一实施例自驱动光电传感器介绍完毕。

在本发明的第二个示例性实施例中，还提供了另外一种自驱动光电传感器。该自驱动光电传感器与第一实施例的自驱动光电传感器的构造类似，区别仅在于使用了绝缘支撑层，空间保持件30的粘贴位置由导电元件改在绝缘支撑层。

请参照图6，本实施例自驱动光电传感器包括：第一绝缘支撑件10；第一导电元件11，固定于第一绝缘支撑件10的下表面；第一摩擦层12，形成于第一导电元件11的下表面；第二绝缘支撑件20；第二导电元件21，固定于第二绝缘支撑件的上表面；绝缘层22，形成于第二导电元件21的上表面；第二摩擦层，形成于绝缘层22的上表面；空间保持件，连接于第一绝缘支撑件和第二绝缘支撑件之间，并且与第一导电元件和第二导电元件绝缘。

当空间保持件未受力时，第一摩擦层12下表面与第二摩擦层23上表面面对面，保持一定的间隙。在有外力施加时，所述第一摩擦层12下表面与第二摩擦层23接触并有微小切向滑动，由于摩擦起电效应，在所述第一摩擦层12与所述第二摩擦层23之间发生表面电荷转移。

第一绝缘支撑件10和第二绝缘支撑件20可以为硬性材料，也可以为柔性材料。优选采用不可变形的硬性材料，例如有机玻璃板材、聚乙烯板材、聚氯乙烯板材等。其厚度没有特别限制，可以根据强度需要自由选择。

本实施例中，该空间保持件可以直接固定在支撑件的表面，如图7所示。由于支撑层的绝缘特性使得空间保持件30可以由导电材料制备。并且，由于具有第一绝缘支撑件10和第二绝缘支撑件20，本实施例自驱动传感器整体的机械强度得到增加。

在本发明的第三个示例性实施例中，还提供了另外一种自驱动光电传感器。图8为根据本发明第三实施例自驱动光电传感器的结构示意图。请参照图8，该自驱动光电传感器与图6所示的自驱动光电传感器结构基本相同，区别仅在于第一摩擦层由所述第一导电元件的下表面形成。优选地，第一摩擦层由所述第一导电元件的下表面经过粗糙化处理而形成。

本实施例自驱动光电传感器大大简化了摩擦电纳米传感器的结构和制备过程，更利于在工业生产中的推广和应用，而且导电材料的失电子能力相对较强，更利于改善交流脉冲信号的输出性能。

根据本发明的另一个方面，还提供了上述各实施例自驱动光电传感器的制备方法。

请参照图9，以下对于上述本发明第一实施例自驱动光电传感器的制备方法为例进行说明。该制备方法包括：

步骤A，在第一摩擦层上表面沉积第一导电元件；

步骤B，制备第二导电元件、绝缘层和第二摩擦层，并在第二摩擦层的不同位置制备第一电极和第二电极；

该步骤B又可以包括：

子步骤B1，在绝缘层的上表面生长纳米结构物，以形成第二摩擦层，其中，该第二摩擦层的材料为光致阻变材料；

本步骤中，采用原位生长的方法来生长纳米结构物。原位生长方法可以根据绝缘层和纳米结构物的种类不同而有针对性的选择。优选使用玻璃，并使用易在其上成长的半导体纳米结构物阵列，原位生长方法可以采用水热反应法、外延生长法和电化学刻蚀法等等；优选采用水热反应法和外延生长法，并且对原位生长的纳米结构物阵列进行超声清洗，优选水热反应温度为0℃～250℃，更优选50℃～100℃，更优选80℃；其中80℃适合片状结构构成的三维纳米球；反应时间为10～30小时，优选15～25小时，优选16小时；

为了更好的进行原位生长，在进行原位生长之前，还可以清洗绝缘层，可以用有机溶剂和/或水清洗，例如丙酮、乙醚、乙醇等常用清洗剂。

子步骤B2，在绝缘层下表面沉积第二导电元件；

沉积方法可以采用半导体领域的常规方法，例如电子束蒸发、真空溅射、蒸镀、磁控离子溅射等。

此外，为了提高光电传感器的灵敏度，生长完后可能需要高温退火使纳米结构物的晶格转变成更适合的型态，提高导电元件和摩擦层之间的电荷转移效率，

子步骤B3，在第二摩擦层上表面沉积金属薄膜制备间隔预设距离的第一电极和第二电极；

第一电极和第二电极的制备方法和第一导电元件的制备方法类似，不再重复描述。

步骤C，将第一电极与第一导电元件电性连接；第二电极与第二导电元件电性连接；

本步骤中，具体的连接方式可以采用导线或导电薄膜直接连接。，第一导电元件与测量器件外电路的第一信号输入端相连接，第二导电元件与测量器件外电路的第二信号输入端相连接。

步骤D，在第一导电元件和第二导电元件之间安装若干空间保持件，以使第一摩擦层和第二摩擦层面对面并保持一定间隙，从而制备出第一实施例的自驱动光电传感器。

对于图6所述的本发明第二实施例的自驱动光电传感器，其制备方法与图1所示自驱动光电传感器的制备方法类似，不同之处仅在于，步骤D包括：

子步骤D1，在第一导电元件的外侧加装第一绝缘支撑件10；

子步骤D2，在第二导电元件的外侧加装第二绝缘支撑件20；

子步骤D3，在第一绝缘支撑件和第二绝缘支撑件之间增加空间保持件，并且该空间保持件与第一导电元件和第二导电元件绝缘。

对于图8所述的本发明第三实施例的自驱动光电传感器，其制备方法与图6所示自驱动光电传感器的制备方法类似，不同之处仅在于：步骤A包括：对第一导电层的下表面进行处理，以形成第一摩擦层。

以下给出依照本发明所制备的三个光电传感器的详细情况。需要说明的是，该三个光电传感器仅用于说明本发明，但不对本发明的结构和参数产生任何限制。

一、紫外光传感器

采用厚度为50nm、尺寸为2.5cm×2.0cm的金属镍薄膜层作为第一导电元件，厚度为25μm的聚四氟乙烯薄膜层作为第一摩擦层，采用厚度同样为50nm、尺寸为2.5cm×2.0cm的金属镍薄膜层作为第二导电元件，通过水热法在绝缘层玻璃上原位生长由宽为28nm、长为160nm的片状二氧化钛组成的2μm大小的三维纳米球阵列作为第二摩擦层，此三维纳米球阵列不只可作为摩擦层，更可在上沉积厚度为200nm、尺寸为100μm×100μm、距离为20μm的金属镍薄膜层作为光电传感器电极，如此一来也具备了光电传感器功能，进而变成自驱动的紫外光光电传感器。

在实验室中，以手指按压作为驱动力来驱动该紫外光光电传感器，在紫外光强随时间逐渐增加的情况下，由该紫外光光电传感器输出的光响应电流如图10所示。由图10可知，输出电流的振动幅度和紫外光照射强度能够有非常好的线性关系，可用来对紫外光照射强度做检测。

第一绝缘支撑件和第二绝缘支撑件均为有机玻璃板材，二者之间通过弹簧连接。未在第一支撑层或第二支撑层上施加外力时，第二摩擦层和第一摩擦层分离，互相之间留有1cm的间隙。由于聚四氟乙烯在摩擦电极序中具有极负的极性，而二氧化钛相比较之下在摩擦电极序中的极性较正，本实施例的材料组合也有利于提高摩擦纳米发电机的输出。

通过上述光电传感器与第一导电元件、第二导电元件连接后，再由第一导电元件和第二导电元件引出导线与外接电路连接，便可得到一自驱动且可携式的紫外光光电传感器。

本实施例的自驱动光电传感器为使用有机玻璃作为绝缘支撑层架构而成的一体性装置，其在不同光线强度照射下使用人体力量驱动此装置的光响应如图11A至图11D所示。以固定外力施加在此紫外光光电传感器上，在光波长为275～375nm，强度为20μWcm^-2～7mWcm^-2的紫外光的照射下，可得到输出电流从5nA～0.7μA，且为一线性，如图11A和图11B所示；至于输出电压则从17V变化到4V，也为一线性，如图11C所示。每平方厘米能量密度相对应的电流相应基本恒定，如图11D所示。由图11A至图11D可以看出，本实施例自驱动光电传感器易于对照射光线的定量，且极为灵敏，定量范围也广，极具应用价值。

二、红外线传感器

以聚乙烯板材作为2个绝缘支撑，弹性胶作为空间保持件，直接在其中一块聚乙烯板材镀上金薄膜作为第一导电元件及组装金纳米颗粒作为第一摩擦层，作法为先蒸镀50nm、尺寸为1cm×1cm的金薄膜，再利用1，6-己二硫醇(1，6-Hexanedithiol)组装上尺寸为56nm的金纳米颗粒；在另一块聚乙烯板材下表面镀上厚度为100nm的金属铝作为第二导电元件，上表面使用水热法成长50nm厚的HgTe薄膜作为第二摩擦层，再镀上100nm的金方块作为光电传感器电极，以实现对红外线的高选择性侦测。

该红外线传感器中，采用表面具有金纳米颗粒的金薄膜作为第一摩擦层，使其与第二摩擦层的接触面积明显增加，改善了传感器的交流脉冲信号输出性能。

三、可见光传感器

采用厚度为0.5mm、尺寸为2cm×2cm的金属铝薄板作为第一导电元件，厚度为100μm，且具金字塔形的聚二甲基硅氧烷薄膜作为第一摩擦层，此制作方式为首先在硅片上旋转涂覆上一层光刻胶，利用光刻的方法在光刻胶上形成边长在微米或次微米量级的正方形窗口阵列，然后再经过热氢氧化钾的化学刻蚀，即可形成金字塔形凹陷结构阵列的模板；之后利用倒入聚二甲基硅氧烷溷合液，在60℃的条件下烘烤12小时，之后再取下即可得到具金字塔形的聚二甲基硅氧烷薄膜。采用厚度为1mm、尺寸为2cm×2cm的有机玻璃作为绝缘层，在其下表面镀上50nm的银薄膜当作第二导电元件，后在上表面原位生长长度为5μm的CdS纳米线阵列作为第二摩擦层，再镀上200nm的银长条作为光电传感器电极。用弹性橡胶作为空间保持件将金属铝薄板和有机玻璃连接，使得聚二甲基硅氧烷层与CdS纳米线阵列面对面，并且无外力施加时保持二者的间距为0.5cm，从而形成可见光传感器。

该可见光传感器中，当表面有微米结构的聚二甲基硅氧烷与CdS纳米线阵列在外力作用下接触并发生挤压时，由于聚二甲基硅氧烷具弹性，其能够进入并填充CdS纳米线阵列表面的凹陷结构，较水平面接触增大了接触面积，因而具有很好的交流脉冲信号输出性能。

至此，已经结合附图对本发明多个实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明自驱动光电传感器及其制备方法有了清楚的认识。

此外，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。并且上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构或形状，本领域的普通技术人员可对其进行简单地熟知地替换。

综上所述，本发明提供一种自驱动光电传感器及其制备方法。该自驱动光电传感器利用摩擦纳米发电机所产生的脉冲电流作为传感信号的载体，实现了光电传感器的自驱动，能够广泛应用于工业生产的各个领域。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (48)

1.一种自驱动光电传感器，其特征在于，包括：

第一导电元件；

第一摩擦层，位于所述第一导电元件的下表面；

第二导电元件，与所述第一导电元件相对设置；

第二摩擦层，位于所述第二导电元件上方绝缘层的上表面，其材料与所述第一摩擦层的材料位于摩擦电极序的不同位置，并且为光致阻变材料，用于接收待测光；以及

第一电极和第二电极，形成于所述第二摩擦层的隔开预设距离的不同位置，并与相应位置的第二摩擦层形成电性接触，其中，所述第一电极连接至所述第一导电元件，所述第二电极连接至所述第二导电元件；

其中，所述第一摩擦层和第二摩擦层能够在分离状态和接触状态之间往复切换，从而在所述第一导电元件和第二导电元件之间形成振幅随照射至所述第二摩擦层的待探测光强度和/或波长而变化的交流脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述第二摩擦层的材料选自于以下半导体材料：SnO₂，ZnO，TiO₂，In₂O₃，ZnS，ZnSe，ZnTe，GaN，Se，CdS，CdSe，CdTe，Si，Ge，PbS，InGaAs，PbSe，InSb、PbTe，HgCdTe，PbSn，HgS，HgSe，HgTe和Te。

3.根据权利要求1所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述第二摩擦层为直接生长或化学键连在所述绝缘层上的纳米结构物。

4.根据权利要求1所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述待测光属于紫外波段、可见光波段、红外光波段时，所述第二摩擦层的材料分别为TiO₂、CdS和HgTe。

5.根据权利要求1-4任一项所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述第二摩擦层在所述第二导电元件上外延生长制备。

6.根据权利要求1-4任一项所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述第一摩擦层的材料选自于绝缘材料或金属材料，其中：

所述金属材料包括：金、银、铂、铝、镍、铜、钛、铬或上述金属形成的合金；

所述绝缘材料包括：苯胺甲醛树脂、聚甲醛、聚酰胺尼龙11、聚酰胺尼龙66、羊毛及其织物、蚕丝及其织物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、硬橡胶、醋酸酯、人造纤维、聚乙烯醇、聚异丁烯、聚乙烯醇缩丁醛、丁二烯-丙烯腈共聚物、氯丁橡胶、天然橡胶、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-co-丙烯腈)、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚(2,6-二甲基聚亚苯基氧化物)、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚三氟氯乙烯、聚四氟乙烯和派瑞林。

7.根据权利要求6所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述绝缘材料为纤维素或聚酯。

8.根据权利要求7所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述纤维素为以下材料中的一种：纤维素醋酸酯、乙基纤维素、纸、再生纤维素海绵、棉及其织物和木头。

9.根据权利要求7所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述聚酯为以下材料中的一种：聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚双酚A碳酸酯、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚乙二醇己二酸酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇丁二酸酯、聚氨酯弹性体和聚氨酯弹性海绵。

10.根据权利要求1-4任一项所述的自驱动光电传感器，其特征在于：所述第一摩擦层的下表面经过物理改性而形成微米或次微米量级的微结构阵列。

11.根据权利要求10所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述物理改性为：光刻蚀、化学刻蚀或离子体刻蚀。

12.根据权利要求10所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述微结构选自于以下方式：纳米线、纳米棒、纳米管、纳米锥、纳米颗粒、纳米沟槽、微米线、微米棒、微米管、微米锥、微米颗粒和微米沟槽。

13.根据权利要求1-4任一项所述的自驱动光电传感器，其特征在于：所述第一摩擦层的下表面点缀或涂覆纳米材料。

14.根据权利要求1-4任一项所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述第一摩擦层的下表面进行化学改性，该化学改性选自于以下两种方式：

第一种方法是对第一摩擦层，在极性为正的材料表面引入强给电子基团，或者在极性为负的材料表面引入强吸电子基团；

第二种方法是在极性为正的材料表面引入正电荷，而在极性为负的材料表面引入负电荷。

15.根据权利要求1-4、11或12任一项所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述第一摩擦层的材料为聚四氟乙烯或聚二甲基硅氧烷。

16.根据权利要求1-4、11或12任一项所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述第一导电元件为金属板，所述第一摩擦层通过导电胶与其电性连接。

17.根据权利要求1-4、11或12任一项所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述第一摩擦层由所述第一导电元件的下表面形成。

18.根据权利要求17所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述第一摩擦层由所述第一导电元件的下表面经过粗糙化处理而形成。

19.根据权利要求1-4、11、12或18任一项所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述第一摩擦层下表面和第二摩擦层上表面的形状相同或互补。

20.根据权利要求1-4、11、12或18任一项所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述第一摩擦层和第二摩擦层为硬质材料或柔性材料，其厚度介于50nm～2cm之间，且第一摩擦层和第二摩擦层的间距大于第一摩擦层厚度。

21.根据权利要求20所述的自驱动光电传感器，其特征在于，第一摩擦层的厚度介于1μm～2mm之间，第二摩擦层的厚度介于50nm～200nm之间，且第一摩擦层和第二摩擦层的间距大于第一摩擦层厚度一个数量级。

22.根据权利要求1-4、11、12、18或21任一项所述的自驱动光电传感器，其特征在于，还包括：

空间保持件，用于保持第一摩擦层和第二摩擦层之间在有外力的作用下相互接触，而在没有外力的作用下相互分开。

23.根据权利要求22所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述空间保持件由绝缘材料制备，设置于所述第一导电元件和第二导电元件之间。

24.根据权利要求1-4、11、12、18、21或23任一项所述的自驱动光电传感器，其特征在于，还包括：

第一绝缘支撑件，用于固定所述第一导电元件；以及

第二绝缘支撑件，用于固定所述第二导电元件。

25.根据权利要求24所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述空间保持件由绝缘材料或导电材料制备，设置于所述第一绝缘支撑件和第二绝缘支撑件之间。

26.根据权利要求24所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述第一绝缘支撑件和/或第二绝缘支撑件的材料为有机玻璃板材、聚乙烯板材或聚氯乙烯板材。

27.根据权利要求22所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述空间保持件为：多个分离的弹性支撑体或一体的弹性支撑体。

28.根据权利要求27所述自驱动光电传感器，其特征在于，所述空间保持件为弹性橡胶、弹簧或弹片。

29.根据权利要求1-4、11、12、18、21、23、25-28中任一项中任一项所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述第一导电元件和第二导电元件的材料选自于：金属、导电氧化物或导电高分子。

30.根据权利要求29所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述第一导电元件和第二导电元件的材料选自于：铟锡氧化物、金、银或铂。

31.根据权利要求1-4、11、12、18、21、23、25-28或30中任一项所述的自驱动光电传感器，其特征在于：所述第一导电元件和第二导电元件为硬质材料或柔性材料，其厚度介于10nm～2cm之间。

32.根据权利要求1-4、11、12、18、21、23、25-28或30中任一项所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述绝缘层的厚度介于10nm至5mm之间，其材料为相异于第二摩擦层的材料，选自于以下材料其中之一：有机玻璃、二氧化硅、苯胺甲醛树脂、聚甲醛、聚酰胺尼龙11、聚酰胺尼龙66、羊毛及其织物、蚕丝及其织物、纤维素、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、硬橡胶、醋酸酯、人造纤维、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚乙烯醇缩丁醛、丁二烯-丙烯腈共聚物、氯丁橡胶、天然橡胶、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-co-丙烯腈)、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚(2,6-二甲基聚亚苯基氧化物)、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚三氟氯乙烯、聚四氟乙烯和派瑞林。

33.根据权利要求32所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述绝缘材料为纤维素或聚酯。

34.根据权利要求33所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述纤维素为以下材料中的一种：纤维素醋酸酯、乙基纤维素、纸、再生纤维素海绵、棉及其织物和木头。

35.根据权利要求33所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述聚酯为以下材料中的一种：聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚双酚A碳酸酯、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚乙二醇己二酸酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇丁二酸酯、聚氨酯弹性体和聚氨酯弹性海绵。

36.根据权利要求32所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述绝缘层为二氧化硅层或有机玻璃。

37.根据权利要求36所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述二氧化硅层的厚度介于1nm～1000μm之间；或

所述有机玻璃的厚度介于100nm～1000μm之间。

38.根据权利要求37所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述二氧化硅层的厚度介于10nm～100μm之间。

39.根据权利要求38所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述二氧化硅层的厚度介于100nm～10μm之间。

40.根据权利要求37所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述有机玻璃的厚度介于1um～1000μm之间。

41.根据权利要求40所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述有机玻璃的厚度介于10um～1000μm之间。

42.根据权利要求1-4、11、12、18、21、23、25-28、30、36-41中任一项所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述第一电极和第二电极选自于：金属、导电氧化物或导电高分子。

43.根据权利要求32所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述第一电极和第二电极选自于：金、银或铂。

44.根据权利要求1-4、11、12、18、21、23、25-28、30、36-41、43任一项所述的自驱动光电传感器，其特征在于，所述第一电极和第二电极与相应位置的第二摩擦层形成肖特基接触。

45.一种制备方法，用于制备权利要求1-44中任一项所述的自驱动光电传感器，其特征在于，包括：

步骤A，制备第一导电元件和第一摩擦层；

步骤B，制备第二导电元件、绝缘层和第二摩擦层，并在第二摩擦层的不同位置制备第一电极和第二电极；

步骤C，将第一电极与第一导电元件电性连接；第二电极与第二导电元件电性连接；

步骤D，将第一导电元件、第一摩擦层、第二导电元件、绝缘层、第二摩擦层组成的器件按照预设位置配置后封装，并使所述第一摩擦层和第二摩擦层所组成的摩擦发电机可在分离状态和接触状态之间往复切换。

46.根据权利要求45所述的制备方法，其特征在于，所述步骤D还包括：

在第一导电元件和第二导电元件之间安装空间保持件，以使第一摩擦层和第二摩擦层面对面并保持一定间隙。

47.根据权利要求45所述的制备方法，其特征在于，所述步骤D还包括：

子步骤D1，在第一导电元件的外侧加装第一绝缘支撑件；

子步骤D2，在第二导电元件的外侧加装第二绝缘支撑件；

子步骤D3，在第一绝缘支撑件和第二绝缘支撑件之间增加空间保持件，并且该空间保持件与第一导电元件和第二导电元件绝缘。

48.根据权利要求45-47中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A包括：对第一导电层的下表面进行处理，以形成第一摩擦层。