【摘 要】
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热释电器件因其独特的热释电效应在能量收集领域有较好的应用前景。传统的热释电型太阳能收集器存在对光的吸收率低的问题,导致器件光热电转化效率较低,产生的信号非常小。本文设计了一种等离子体效应与热释电效应结合的器件,将用于光诱导加热的等离子光学纳米天线与有机热释电共聚物膜（P（VDF-Tr FE））结合在一起,提高了热释电敏感层对光的利用率,并将热波动转化为电信号。该器件也可用于温变能量收集器,将外界环
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热释电器件因其独特的热释电效应在能量收集领域有较好的应用前景。传统的热释电型太阳能收集器存在对光的吸收率低的问题,导致器件光热电转化效率较低,产生的信号非常小。本文设计了一种等离子体效应与热释电效应结合的器件,将用于光诱导加热的等离子光学纳米天线与有机热释电共聚物膜（P（VDF-Tr FE））结合在一起,提高了热释电敏感层对光的利用率,并将热波动转化为电信号。该器件也可用于温变能量收集器,将外界环境热波动转化为电信号。论文具体研究结果如下:本文采用FDTD solution软件设计了不同P（VDF-Tr FE）耦合金纳米阵列的结构,仿真了金纳米阵列结构对器件吸收率的影响。研究发现随着金纳米阵列的引入,其具备的等离子体效应使器件对光的吸收率有了极大的提升。在金纳米阵列三棱柱底面边长分别为200nm、400nm及600nm的情况下,研究了尺寸对吸收率的影响,在200nm处吸收效果最好。同时,仿真发现器件对侧入射的光有较高的吸收率,可实现对光的宽角度的吸收。在仿真的基础上,成功研制了优化工艺参数的金纳米阵列与P（VDF-Tr FE）的复合结构器件。与传统的微纳制造光刻工艺不同,本文采用低成本的PS小球充当掩模版的方式,在ITO导电玻璃上蒸镀制备了形状规则的周期性金纳米阵列。实验制备的金纳米阵列三棱柱底面边长为200nm左右,与仿真一致。之后使用旋涂的方式在ITO玻璃及具有金纳米阵列的ITO玻璃上分别制备了较为平整的P（VDF-Tr FE）薄膜。随着湿度的降低,薄膜平整度得到改善,热释电系数达到了4.2×10-8C/cm~2K。通过对复合器件进行吸收光谱测试,发现结果与仿真基本一致,验证了仿真设计的合理性。最后,本文研究了在不同波段的LED光源照射下,复合结构器件（耦合金纳米阵列）及单一结构器件（未耦合金纳米阵列）的性能差异。因耦合等离子体效应,复合结构器件的电信号、电容积累量以及器件内部温变量等较单一结构器件均提升了四倍之多,在460nm波段的光源照射下,电信号脉冲值由50p A提升为200p A,并且器件的响应速度达到了0.12s。之后。通过对未极化的复合结构器件的测试,证明了耦合金纳米阵列使复合结构器件的电学性能得到提升,而非金纳米阵列自身输出的电信号增益。同时器件也可实现对热波动的能量收集。该工作对热释电能量收集器的性能有很大的提升,同时节约了成本,有利于低成本、高效率的热释电能量收集器的研究。
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