纳米发电机nanogenera.ppt

nanogenerator,电子信息工程学院,压电式纳米发电机,纳米发电机产生,电子信息工程学院,想象这样一个情景：自动化工业时代之初，全世界的高级技术工程师和企业家都纷纷开始设计制造客车、公共汽车、卡车、摩托车以及其他各种可以想到的机动交通工具，但却没有人首先研制用以驱动他们的发动机,这正是纳米技术产业所面临的问题：在设计和制造纳米尺度的传感器等器件方面，以及在微机电系统取得长足进展，却很少有人考虑先研发给这些纳米器件提供能量的微型功率源纳米发电机,nanogenerator,电子信息工程学院,概述,纳米发电机发展前景 直立式纳米发电机 纳米发电机原理 氧化锌纳米线的优点 纤维纳米发电机 交流纳米发电机,纳米发电机发展前景,电子信息工程学院,让纳米尺度的器件能够自己给自己提供电源，从而实现器件和电源的同时小型化，这是科学家一直所梦寐以求的，纳米发电机能够将周围的微小运动、振动、流体等自然存在的机械能转化为电能,直立式纳米发电机原理图,电子信息工程学院,（c）在氧化锌纳米线上用探针尖收集到的电信号 （d）单根纳米线上探针尖的移动图像和产生的电信号图像,（a）在氮化镓基板上生长的氧化锌纳米线扫描电子显微图像,（b）在导电的原子显微镜针尖作用下，纳米线利用压电效应发电示意图,纳米发电机原理,电子信息工程学院,产生压电放电能量的物理原理来自氧化锌的压电性质和半导体属性的耦合，一根垂直的直立氧化锌纳米线被AFM针尖挤压产生一个应变场，外表面被拉伸，内表面被压缩。由于压电效应在纳米线内部沿z方向产生一个电场，压电场方向在外表面与轴几乎平行在内表面与轴反平行，在一级近似下，沿着纳米线尖端的宽度，从压缩到拉伸的侧面电势分布在-Vs和+Vs之间,纳米发电机原理,电子信息工程学院,-Vs和+Vs是由于压电效应产生的电压，电势是由锌离子和氧离子相对转移产生的，如果不释放应力，这些离子电荷不能自由移动，也不能重组，电势差将保持,纳米线底部和顶部的接触是不对称的，底部接触是氧化锌 薄膜与银层的接触，氧化锌的电子亲和能是4.5eV，Ag的 功函数是4.2eV，所以界面处无势垒。在纳米线尖端，Pt的 功函数是6.1eV，Pt与氧化锌的接触是肖特基结,探针与拉伸面接触,电子信息工程学院,首先AFM传导针尖与纳米线被拉伸的表面接触(+Vs)，金属针尖的电势（Vm）几乎为0，V=Vm-Vs小于零，所以金属针尖和氧化锌表面发生负偏压，由于氧化锌纳米线可以看做n型半导体，所以Pt金属和氧化锌半导体表面在此可以看作是一个反偏的肖特基二极管，表面电流很小,探针与压缩面接触,电子信息工程学院,然后AFM传导针尖与纳米线被压缩的表面接触(-Vs)，金属针尖的电势（Vm）几乎为0，V=Vm-（-Vs）大于零，所以金属针尖和氧化锌表面发生正偏压，Pt金属和氧化锌半导体表面在此可以看作是一个正偏的肖特基二极管，同时输出的电流突然升高,电流是在V驱动下，从半导体氧化锌纳米线到金属针尖的 电子流动产生的，通过纳米线到针尖回路中，自由电子的流 动能中和分布在大量纳米线中的离子电荷，所以能降低-Vs 和+Vs的量级，因此,V开始减小，并在纳米中所有离子电 荷被中和的时候变为0，这就解释了为什么放电曲线是对称 的,纳米线顶端金颗粒,电子信息工程学院,用VLS方法生长氧化锌纳米线过程中，纳米线顶端金颗粒对发电效果的影响,氧化锌纳米线的优点,电子信息工程学院,氧化锌纳米线既有半导体的性质，又有压电性质，可以用他将电子性子和机械性质耦合在一起，像氧化钨纳米线，碳纳米管就没有压电性质 氧化锌没有毒性是一种环保的材料，可以用于生物上的应用，生物传感器，还可以用于医疗器械上 氧化锌拥有丰富的纳米结构，像纳米线、纳米带、纳米环、纳米棒，他们的制备方法也非常成熟，纳米线能够在多种基底上生长，且能控制生产的密度，长度,纤维纳米发电机,电子信息工程学院,纤维纳米发电机,低倍SEM照片显示两个互相缠绕的、表明长有氧化锌纳 米线阵列的纤维，其中一个镀有金 (b) 高倍SEM照片显示两纤维界面处的纳米线结构 (c) 显示多根纤维组成的纤维纳米发电机的并联式,交流纳米发电机,电子信息工程学院,交流纳米发电机,氧化锌纳米线被固定在弹性高分子衬底上，两端与电极接触，当基板拉伸或压缩，纳米线上会产生一个压降，电子