إعداد أكسيد الزنك Nanorod / الجرافين / أكسيد الزنك Nanorod الفوقي Heterostructure مزدوجة لPiezoelectrical Nanogenerator باستخدام التسخين الحرارية المائية
Summary
وتقدم خطوة واحدة طريقة التصنيع للحصول قائما بذاته heterostructure مزدوج الفوقي. هذا النهج يمكن تحقيق تغطية أكسيد الزنك مع كثافة عدد أعلى من ذلك من heterostructure واحد الفوقي، مما أدى إلى nanogenerator كهرضغطية مع الأداء الكهربائي زيادة الانتاج.
Abstract
تم النانو أكسيد الزنك متماشية بشكل جيد دراسة مكثفة على مدى العقد الماضي عن الخصائص الفيزيائية المميزة وتطبيقات هائلة. هنا، نحن تصف تقنية تصنيع خطوة واحدة إلى التوليف قائما بذاته nanorod أكسيد الزنك / الجرافين / أكسيد الزنك nanorod heterostructure مزدوج. يتم تنفيذ إعداد heterostructure مزدوج باستخدام ترسيب الأبخرة الكيميائية الحرارية (الأمراض القلبية الوعائية) والتسخين تقنية المائية. بالإضافة إلى ذلك، تميزت الخصائص المورفولوجية باستخدام المجهر الإلكتروني (SEM). وتتجلى فائدة قائما بذاته heterostructure مزدوج من خلال افتعال وnanogenerator كهرضغطية. تم تحسين الإنتاج الكهربائي تصل إلى 200٪ مقارنة بما كان عليه من heterostructure واحد نظرا لتأثير اقتران الكهربائية الضغطية بين صفائف نانواعواد أكسيد الزنك على الجزء العلوي والسفلي من الجرافين. هذا heterostructure مزدوج فريد من نوعه لديها إمكانات هائلة للتطبيقات الكهربائية وoptoelectricalالأجهزة التي تحتاج إلى كثافة عدد عالية ومساحة محددة من nanorod، مثل استشعار الضغط، المناعية جهاز الاستشعار البيولوجي والخلايا الشمسية توعية الصبغة.
Introduction
في الآونة الأخيرة، أصبحت الأجهزة الإلكترونية المحمولة ويمكن ارتداؤها عنصرا أساسيا لحياة مريحة نظرا لتطور تكنولوجيا النانو، والذي ينتج في مطالب هائلة لمصدر للطاقة في حدود الميكرواط إلى الواط. وقد تم تحقيق نهج كبيرة للمصدر قوة الأجهزة المحمولة ويمكن ارتداؤها من قبل الطاقة المتجددة، بما في ذلك 1،2 الطاقة الشمسية، والحرارية 3،4 و 5،6 مصدر الميكانيكية. nanogenerator كهرضغطية تم دراستها بشكل مكثف باعتباره واحدا من مرشح محتمل لجهاز حصاد الطاقة من البيئات، مثل سرقة أوراق 7، موجة الصوت 8 وحركة إنسان 9. المبدأ الأساسي الذي يقوم عليه nanogenerator هو اقتران بين المواد كهرضغطية المحتملة وعازلة كحاجز. إمكانية كهرضغطية ولدت في المواد المتوترة يستحث تيار عابر التي تتدفق من خلال تنظيم التأمين الخارجيأويت، الذي يوازن بين الإمكانيات في واجهة بين إجهادي ومواد عازلة. سيتحسن أداء nanogenerator باستخدام البنية النانوية المواد كهرضغطية نظرا لمتانة في ظل متانة تحت الضغوط العالية والاستجابة لتشوه صغير 10.
أحادية البعد أكسيد الزنك النانوية هو عنصر واعد للمواد كهرضغطية في nanogenerator بسبب خصائصه جذابة، على سبيل المثال، الضغطية العالية (26.7 م / V) 11، والشفافية البصرية 12، والتوليف سطحي باستخدام عملية كيميائية 13. نهج المائية لزراعة nanorod أكسيد الزنك الانحياز جيدا يتلقى اهتماما كبيرا نظرا لانخفاض التكلفة، والتوليف صديقة للبيئة وإمكانات لسهولة توسيع نطاق. وعلاوة على ذلك، فإن تقنية المائية التسخين يمكن التحكم بسهولة في حالة تجريبية، مما أدى إلى العديد من أنواع النانو جديدة، مثل nanoleaves 14،nanoflowers 15 و 16 نانوتيوب. والنانو جديدة تتيح لها تأثير مفيد على أداء الأجهزة الكهربائية وoptoelectric أينما طالب مساحة محددة عالية من المواد.
في هذا البروتوكول، ونحن تصف الإجراءات التجريبية لتخليق المزيد من رواية البنية النانوية (أي قائما بذاته heterostructure مزدوج). نمو أكسيد الزنك nanorod في واجهة بين الجرافين والبولي اثيلين (PET) الركيزة يؤدي إلى وnanorod أكسيد الزنك / heterostructure واحد الجرافين لرفع الذاتي، مما أسفر عن وheterostructure مزدوج قائما بذاته. علاوة على ذلك، أظهرت تطبيق عمليا من هذه البنية النانوية فريدة من نوعها للأجهزة الإلكترونية وoptoelectric بواسطة افتعال nanogenerator كهرضغطية. يوفر heterostructure مزدوج قائما بذاته ليس فقط مساحة محددة عالية ولكن أيضا كثافة عدد عالية من nanorod في منطقة معينة. هذه البنية النانوية فريدة من نوعها لديها امكانات هائلةالاتحاد العالمي للتعليم لتطبيقات الأجهزة الكهربائية وoptoelectrical، مثل استشعار الضغط، المناعية جهاز الاستشعار البيولوجي والخلايا الشمسية توعية صبغ.
Protocol
Representative Results
Discussion
يرجى ملاحظة أن جودة عالية (> 99.8٪، صلب) من النحاس احباط ينبغي أن تعتبر ركيزة للنمو الناجح لالجرافين طبقة واحدة. خلاف ذلك، لا تزرع الجرافين طبقة واحدة بشكل موحد على رقائق النحاس، مما أدى إلى انخفاض كبير في التوصيل من الجرافين. ومن شأن الصلب 1 ساعة في درجة حرارة عالية تسا…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by the National Research Foundation of Korea (NRF) grant funded by the Korea government (MSIP) (No.2014R1A2A1A11051146). This work was also supported by National Research Foundation of Korea Grant funded by the Korean Government (NRF-2014R1A1A2058350).
Materials
| Cu foil | Alfa Aesar | 13382 | |
| poly(methyl methacrylate) (PMMA) | Aldrich | 182230 | |
| zinc nitrate hexahydrate | Sigma-Aldrich | 228732 | |
| hexamethylenetetramine (HMT) | Sigma-Aldrich | 398160 | |
| polyethylenimine (PEI) | Sigma-Aldrich | 408719 | |
| indium tin oxide (ITO) coated PET | Aldrich | 639303 | |
| Silicone Elastomer Kit | Dow Corning | Sylgard 184 a, b | |
| Nickel Etchant Type1 | Transene Company | 41212 |
References
- Lee, S., Lee, Y., Park, J., Choi, D. Stitchable organic photovoltaic cells with textile electrodes. Nano Energy. 9, 88-93 (2014).
- Pan, S., et al. Wearable solar cells by stacking textile electrodes. Angew. Chem.-Int. Edit. 53, 6110-6114 (2014).
- Yang, Y., et al. Pyroelectric nanogenerators for harvesting thermoelectric energy. Nano Lett. 12, 2833-2838 (2012).
- Lee, J. H., et al. Highly stretchable piezoelectric-pyroelectric hybrid nanogenerator. Adv. Mater. 26, 765-769 (2014).
- Zhong, J., et al. Finger typing driven triboelectric nanogenerator and its use for instantaneously lighting up LEDs. Nano Energy. 2, 491-497 (2013).
- Tang, W., Han, C. B., Zhang, C., Wang, Z. L. Cover-sheet-based nanogenerator for charging mobile electronics using low-frequency body motion/vibration. Nano Energy. 9, 121-127 (2014).
- Li, S., Yuan, J., Lipson, H. Ambient wind energy harvesting using cross-flow fluttering. J. Appl. Phys. 109, 026104 (2011).
- Cha, S. N., et al. Sound-driven piezoelectric nanowire-based nanogenerators. Adv. Mater. 22, 4726-4730 (2010).
- Bai, P., et al. Integrated multilayered triboelectric nanogenerator for harvesting biomechanical energy from human motions. ACS Nano. 7, 3713-3719 (2013).
- Xu, S., Wang, Z. L. One-dimensional ZnO nanostructures: Solution growth and functional properties. Nano Res. 4, 1013-1098 (2011).
- Zhao, M. -. H., Wang, Z. -. L., Mao, S. X. Piezoelectric characterization of individual zinc oxide nanobelt probed by piezoresponse force microscope. Nano Lett. 4, 587-590 (2004).
- Nam, G. -. H., Baek, S. -. H., Cho, C. -. H., Park, I. -. K. A flexible and transparent graphene/ZnO nanorod hybrid structure fabricated by exfoliating a graphite substrate. Nanoscale. 6, 11653-11658 (2014).
- Zou, X., Fan, H., Tian, Y., Yan, S. Facile hydrothermal synthesis of large scale ZnO nanorod arrays and their growth mechanism. Mater. Lett. 107, 269-272 (2013).
- Qiu, J., et al. Single-crystalline twinned ZnO nanoleaf structure via a facile hydrothermal process. J. Nanosci. Nanotechnol. 11, 2175-2184 (2011).
- Qiu, J., et al. Synthesis and characterization of flower-like bundles of ZnO nanosheets by a surfactant-free hydrothermal process. J. Nanomater. 2014, 281461 (2014).
- Sun, Y., Riley, D. J., Ashfold, M. N. R. Mechanism of ZnO nanotube growth by hydrothermal methods on ZnO Film-coated Si substrates. J. Phys. Chem. B. 110, 15186-15192 (2006).
- Qiu, J., et al. The growth mechanism and optical properties of ultralong ZnO nanorod arrays with a high aspect ratio by a preheating hydrothermal method. Nanotechnology. 20, 155603 (2009).
- Qiu, J., et al. Solution-derived 40 µm vertically aligned ZnO nanowire arrays as photoelectrodes in dye-sensitized solar cells. Nanotechnology. 21, 195602 (2010).
- Shin, D. -. M., et al. Freestanding ZnO nanorod/graphene/ZnO nanorod epitaxial double heterostructure for improved piezoelectric nanogenerators. Nano Energy. 12, 268-277 (2015).
