基于氧化鋅納米棒的柔性壓電納米發(fā)電機研究.pdf

1、碩士學(xué)位論文基于氧化鋅納米棒的柔性壓電納米發(fā)電機研究FlexiblePiezoelectricNanogeneratorsBasedonZincOxideNanorods作者姓名：重差雪學(xué)科、專業(yè)：絲電王堂皇固簽電壬堂學(xué)號：21302073指導(dǎo)教師：塑主L主塾拯完成日期：2016年4月30日大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要ZnO是禁帶寬度為337eV的直接帶隙半導(dǎo)體，激子束

2、縛能達60meV，這些優(yōu)秀的性能使之在電學(xué)與光學(xué)器件，電化學(xué)和機電裝置等領(lǐng)域都有很廣泛的應(yīng)用。在這其中，ZnO具有的半導(dǎo)體和壓電耦合特性，使其成為制備壓電器件的重要材料。自2006年王中林小組提出壓電電子學(xué)的概念起，基于ZnO納米結(jié)構(gòu)的壓電納米發(fā)電機逐漸成為人們的研究熱點。研究者們以藍寶石、氧化銦錫(玎o)、纖維等材料為襯底，制備了多種不同結(jié)構(gòu)的壓電納米發(fā)電機。這些納米發(fā)電機將生活中的超聲波振動能、人體運動能、風(fēng)能等多種形式的機械能轉(zhuǎn)化

3、成為電能。本文以低溫水溶液法生長ZnO納米棒為基礎(chǔ)，制備了兩種結(jié)構(gòu)新穎的柔性壓電納米發(fā)電機。主要的研究成果如下：在涂有氧化銦錫薄膜的柔性襯底(ITOPET)上通過兩步低溫水溶液法制備ZnO納米棒和CuO納米花組成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。通過掃描電子顯微鏡(SEM)，X射線衍射(Ⅺ①)，X射線能譜儀(EDS)對生長樣品的形貌和結(jié)構(gòu)進行了表征。結(jié)果表明，ZnO納米棒致密地生長在襯底上并具有六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)，CuO納米結(jié)構(gòu)呈花朵狀并且具有很高的純度。制備

4、出基于CuOZnO異質(zhì)結(jié)的柔性納米發(fā)電機并收集環(huán)境中的能量。利用Keithley4200半導(dǎo)體分析系統(tǒng)對納米發(fā)電機的電學(xué)特性進行了測量。發(fā)電機具有良好的整流特性，并且表現(xiàn)出較強的發(fā)電性能。與基于ZnO納米棒的普通納米發(fā)電機相比，基于CuOZnO異質(zhì)結(jié)的納米發(fā)電機具有更高的輸出電流，約為100nA。這主要是因為pn結(jié)的存在降低了ZnO體內(nèi)載流子對壓電電勢的屏蔽效應(yīng)。這項研究提出了一種具有新型結(jié)構(gòu)的性能增強型柔性納米發(fā)電機的制備方法，具有重

5、要的研究意義。我們還提出一種操作簡單，成本低廉的方法制備基于Cu20ZnOpn結(jié)的柔性納米發(fā)電機。發(fā)電機以銅線為襯底，外部包裹著鍍有金膜的紙電極，整個器件可以在外力的作用下將機械能轉(zhuǎn)化為電能。經(jīng)測量，這種納米發(fā)電機的輸出電壓和輸出電流分別可以達到42mV和400IIA。這主要是因為Cu20ZnOpn結(jié)的存在降低了ZnO納米棒體內(nèi)的載流子濃度以及外部柔軟的紙電極增加了參與發(fā)電的ZnO納米棒數(shù)目。實驗表明，這種新型壓電納米發(fā)電機在納米器件供