Voorbereiding van de ZnO nanorod / Grafeen / ZnO nanorod Epitaxiale Double heterostructuur voor piëzo-elektrische nanogenerator met behulp Voorverwarmen Hydrothermal
Summary
Een stap fabricage methode voor het verkrijgen van vrijstaande epitaxiale dubbele heterostructuur wordt gepresenteerd. Deze benadering kan ZnO dekking met een dichtheid groter aantal dan het epitaxiale enkelvoudige heterostructuur, waardoor een piëzo nanogenerator met verhoogde output elektrische prestatie.
Abstract
Goed uitgelijnd ZnO nanostructuren zijn intensief bestudeerd in de afgelopen tien jaar voor opmerkelijke fysische eigenschappen en enorme toepassingen. Hier beschrijven we een één-stap fabricage techniek om synthese vrijstaande ZnO nanorod / grafeen / ZnO nanorod dubbele heterostructuur. De bereiding van een dubbele heterostructuur wordt uitgevoerd door thermische chemische dampafzetting (CVD) en voorverwarmen hydrothermische techniek. Bovendien werden de morfologische eigenschappen gekenmerkt door het scanning electron microscopy (SEM). Het nut van vrijstaande dubbele heterostructuur wordt aangetoond door het fabriceren van de piëzo-elektrische nanogenerator. Het elektrisch vermogen wordt verbeterd tot 200% vergeleken met die van een enkele heterostructuur vanwege de koppeling effect van het piëzo-elektriciteit tussen de reeksen ZnO nanorods aan de boven- en onderkant van grafeen. Deze unieke dubbele heterostructuur hebben een enorm potentieel voor toepassingen van elektrische en opto-elektrischeinrichtingen waarin het grote aantal dichtheid en specifiek oppervlak van nanorod nodig, zoals druksensor, immuno-biosensor en kleurstof zonnecellen.
Introduction
Onlangs heeft de draagbare en draagbare elektronische inrichtingen werd een essentieel element voor een comfortabel leven dankzij de nanotechnologie ontwikkelen, waardoor de enorme vraag naar een krachtbron reeks microwatt tot milliwatt. Aanzienlijke benaderingen voor de energiebron van draagbare en draagbare apparaten zijn bereikt door de hernieuwbare energie, waaronder zonne-energie 1,2, 3,4 thermische en mechanische bron 5,6. Piëzo-elektrische nanogenerator zijn intensief bestudeerd als een mogelijke kandidaat voor energie oogsten apparaat omgevingen zoals ruisende het blad 7, geluidsgolf 8 en beweging van mens 9. Het basisprincipe achter de nanogenerator is de koppeling tussen de piëzo-elektrische potentiaal en diëlektrisch materiaal als barrière. De piëzo-elektrische potentiële gegenereerd in gespannen materiaal induceert de voorbijgaande stroom die door de externe circ stroomtuit, die het potentieel balanceert op het raakvlak tussen piëzo-elektrische en diëlektrische materiaal. De prestaties van nanogenerator worden verbeterd door nanostructuur van piëzo-elektrisch materiaal door robuustheid onder robuustheid bij zware belasting en de gevoeligheid voor kleine vervormingen 10.
Eendimensionale zinkoxide nanostructuur is een veelbelovende component voor piëzoelektrische materialen nanogenerator vanwege zijn aantrekkelijke eigenschappen, bijvoorbeeld een hoge piëzo-elektriciteit (26,7 pm / V) 11, optische transparantie 12 en gemakkelijke synthese door chemisch proces 13. Hydrothermale aanpak voor het kweken van de goed uitgelijnd ZnO nanorod krijgt veel aandacht vanwege de lage kosten, milieuvriendelijke synthese en het potentieel voor het eenvoudig opschalen. Bovendien is het voorverwarmen hydrothermische techniek gemakkelijk bestuurbaar experimentele conditie, wat resulteert in vele soorten van nieuwe nanostructuren zoals nanoleaves 14,nanoflowers 15 en nanobuizen 16. De nieuwe nanostructuren mogelijk een gunstig effect op de prestaties van de elektrische en opto-elektrische inrichtingen waar het hoge specifieke oppervlak van het materiaal wordt geëist.
In dit protocol beschrijven we de experimentele procedures voor de synthese van meer nieuwe nanostructuur (dwz vrijstaande dubbele heterostructuur). De groei van ZnO nanorod op interface tussen grafeen en polyethyleentereftalaat (PET) substraat leidt tot het automatisch heffende de ZnO nanorod / grafeen enkele heterostructuur, waardoor de vrijstaande dubbele heterostructuur. Bovendien wordt de mogelijke toepassing van deze unieke nanostructuur voor elektronische en opto-elektrische inrichtingen aangetoond door het vervaardigen van een piëzo nanogenerator. Vrijstaande dubbele heterostructuur niet alleen een hoog specifiek oppervlak, maar ook een groot aantal dichtheid nanorod in een bepaald gebied. Deze unieke nanostructuur heeft een enorme krachtigeial voor toepassingen van elektrische en opto-elektrische inrichtingen, zoals druksensor, immuno-biosensor en kleurstof-gesensibiliseerde zonnecellen.
Protocol
Representative Results
Discussion
De genoemde hoge kwaliteit (> 99,8%, uitgegloeid) Cu folie moet worden beschouwd als een substraat voor succesvolle groei van enkele laag grafeen. Anders wordt de enkele laag grafeen niet uniform gegroeid via Cu folie, waardoor drastisch verminderen van de geleidbaarheid van grafeen. A 1 uur gloeien bij hoge temperatuur zou de verbetering van de Cu folie kristalliniteit en verwijdering van verontreinigingen uit de Cu folie helpen.
De groei van ZnO nanorod afhankelijk van de voorwaarden vo…
Divulgations
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).
