氧化鋅微納結構的生長及其壓電器件研究.pdf

1、博士學位論文氧化鋅微納結構的生長及其壓電器件研究GrowthofZincOxideMicro／nanostructuresandTheirApplicationsinPiezoelectricDevices作者姓名：旦主學科、專業(yè)：邀魚王堂皇固鮭電王堂學號：11002024指導教師：塑主L蟲麴援完成日期：星Q!墨生墨旦大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學博士學位論文摘要氧化鋅(ZnO)是一種多

2、功能寬帶隙(337eV)IIⅥ族氧化物半導體材料，室溫下的激子束縛能高達60meV。ZnO還具有良好的熱穩(wěn)定性和生物兼容性，無毒無污染，是一種綠色環(huán)保型材料。由于ZnO具有獨特的力、熱、光、電性質，使得它在光學、電子學、光電子學等各領域都有著重要的應用。尤其是ZnO還具有半導體和壓電的耦合特性，而這一點正是構造壓電式納米器件的基礎。目前，許多基于一維ZnO微納米結構的壓電器件(比如：壓電場效應晶體管、壓電諧振器、壓電應力傳感器和納米壓電

3、發(fā)電機等)紛紛地被研制出來，并且在微納機電系統(tǒng)、生物醫(yī)學醫(yī)療、微納能源循環(huán)利用和自供電(selfpowered)微納系統(tǒng)等領域顯示出了重要而廣泛的應用前景，極大地推動了納米科學技術的發(fā)展。本論文圍繞著一維ZnO微納米結構的可控生長，及其壓電納米發(fā)電機和壓電應變傳感器的設計和制備等有關問題，開展了一系列研究工作，主要內容包括以下幾個部分：(1)采用低溫水溶液法在普通的纖維紙襯底上生長ZnO納米棒，并對其進行了x射線衍射()(】m)、掃描電

4、子顯微鏡(sEM)和光致發(fā)光譜(PL)等的測試分析。實驗結果表明，生長的ZnO納米棒具有六方纖鋅礦結構的特征，分布均勻，且取向性較好。此外，分析了低溫水溶液法生長ZnO納米棒的機理，并且通過改變和控制其生長條件(籽晶層、先驅溶液濃度、生長時間等)實現(xiàn)了紙襯底上ZnO納米棒的可控性生長，為柔性壓電器件的制備打下了良好的基礎。(2)成功地研制出一種基于紙襯底的交流納米發(fā)電機。這種發(fā)電機的核心部分是長有ZnO納米棒的柔性纖維紙。通過不斷地彎曲

5、一恢復這種柔性發(fā)電器件，可產生交變的壓電信號，其輸出電壓和電流分別為10mV和10nA。并且，通過改變應變率可以自由控制發(fā)電機的電輸出模式。除此之外，該納米發(fā)電機也可以作為一個自供電的振動傳感器使用，不但可以收集周圍環(huán)境中隨時產生的振動能量，還可以對于生活中遇到的一些突發(fā)事件給予監(jiān)測和報警。(3)為了提高納米發(fā)電機的輸出性能，采用兩次水溶液生長法在聚酯纖維面料(TFs)基底上生長了ZnO納米棒，并成功制備了基于TFs的新型交流納米發(fā)電機