【摘 要】
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新兴便携式/可穿戴电子产品的日益兴起,引起了全球对于健康监测或仿生器官潜在应用的关注。灵活的电子技术,如各种电子皮肤可附着于人体(皮肤表面或皮下),建立体-电界面,模拟人体感觉组织。新兴的电子皮肤旨在通过灵活的设备技术来模拟人类感知的综合特性。因此,实现图像识别的视觉电子皮肤是作为其中一个热门研究课题可应用于仿生器官和机器人等方面。在我们之前的工作中,已经报道了用于模拟嗅觉上皮的新型嗅觉的电子皮肤
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新兴便携式/可穿戴电子产品的日益兴起,引起了全球对于健康监测或仿生器官潜在应用的关注。灵活的电子技术,如各种电子皮肤可附着于人体(皮肤表面或皮下),建立体-电界面,模拟人体感觉组织。新兴的电子皮肤旨在通过灵活的设备技术来模拟人类感知的综合特性。因此,实现图像识别的视觉电子皮肤是作为其中一个热门研究课题可应用于仿生器官和机器人等方面。在我们之前的工作中,已经报道了用于模拟嗅觉上皮的新型嗅觉的电子皮肤。视觉是人类感知的另一个重要的传统认识方法。人造柔性视觉电子皮肤在仿生视网膜和机器人中可能具有很大的应用,例如,可使盲人重新看到蓝天。传统的观念是集成一种光探测器、信号处理器、数据分析仪和电池的系统。目前,最常用的方法是通过诸如电池或电容器之类的能量存储单元为其供电。但是,这样处理有两个主要缺点。第一个是电池具有有限的生命周期,所以它们不能持续地驱动电子产品。第二个是应用的难度,如果不适当地处理它的大小,可能会导致一些问题。因此,迫切需要设计一种可以快速识别视觉图像并主动输出仿生电信号而不需要外部庞大电池的新型可持续发展的柔性视觉电子皮肤。在本文中,通过压电光电耦合的ZnO纳米线阵列的像素可寻址阵列实现了新的自供电柔性视觉电子皮肤。工作机理是基于ZnO的光电/压电耦合效应(压电光电子效应)。同时,在半导体光催化剂改良的方法中,将ZnO的压电/光电耦合效应应用到光催化技术当中,可有效地提高光催化降解有机污染物的效率。具体方法如下:(1)合成自供电柔性视觉电子皮肤:首先,利用简单的种子辅助-水热法在钛片上合成垂直生长的ZnO纳米线阵列。其次,将ZnO纳米线阵列仔细地涂抹在Kapton基底上,并且保持纳米线水平方向上方向一致。最后,通过光刻、显影、刻蚀和电子束蒸发沉积金属钛电极。(2)紫外探测:ZnO的半导体特性和光电/压电耦合效应,使得自供电柔性电子皮肤具有紫外探测功能。在机械力作用和紫外线的照射下,电子皮肤可以通过ZnO纳米线阵列的压电效应主动输出电脉冲,输出电压受紫外线强度的影响,随着紫外线强度的增加而降低。(3)图像识别:视觉电子皮肤设备具有6×6的像素可寻址的阵列结构,可以通过多通道数据采集方法映射多点UV刺激,实现图像识别。在图案化的紫外光照射下,每个像素点的压电光探测性能是独立测量的。例如,用带有“右转”交通信号图案的遮光板遮住紫外灯,那么在器件上会形成一个相应的照射图案。每个像素单元在不同的UV照下有不同响应度,形成对比度图案就可以用于识别交通指示器的图。(4)光催化:半导体光催化剂被认为是环境修复最有前景的绿色技术之一,它们可利用作为自然界中取之不尽和可再生的太阳能来降解废水中有机污染物。其中,ZnO纳米结构作为一种半导体光催化剂将其光催化和压电效应相耦合,在压电电场的作用下可有效分离光生电子空穴对(压电光电子效应),从而进一步减少载流子的复合。利用压电/光催化耦合效应,在超声和太阳光照射下,Ag/T-ZnO纳米复合物可以在25分钟内完全降解甲基橙。Ag/T-ZnO纳米复合物的高催化效率可归因于催化过程中表面等离子体共振和压电光电子效应的耦合作用。
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