Préparation de ZnO nanotige / graphène / ZnO nanotige épitaxiale double hétérostructure pour piézoélectriques Nanogénérateur à l'aide de préchauffage hydrothermale
Summary
Une étape procédé de fabrication pour obtenir autoportante double hétérostructure épitaxiale est présenté. Cette approche pourrait atteindre une couverture de ZnO avec une densité en nombre plus élevé que celui de l'hétérostructure épitaxiale unique, conduisant à une nanogénérateur piézoélectrique avec un rendement électrique de sortie accrue.
Abstract
Nanostructures de ZnO bien alignées ont été intensivement étudiée au cours de la dernière décennie pour les propriétés physiques remarquables et des applications énormes. Ici, nous décrivons une technique de fabrication en une seule étape à la synthèse autoportante ZnO nanotige / graphène / ZnO nanotige double hétérostructure. La préparation de la double hétérostructure est effectuée en utilisant un dépôt chimique en phase vapeur thermique (CVD) et de préchauffage technique hydrothermique. En outre, les propriétés morphologiques ont été caractérisés en utilisant la microscopie électronique à balayage (SEM). L'utilité de autoportante double hétérostructure est démontrée par la fabrication de la nanogénérateur piézoélectrique. La sortie électrique est améliorée jusqu'à 200% par rapport à celle d'un seul hétérostructure en raison de l'effet de couplage de la piézo-électricité entre les réseaux de nanotiges de ZnO sur le haut et le bas de graphène. Cette double hétérostructure uniques ont un énorme potentiel pour les applications opto-électrique et d'électricitédes dispositifs où la densité en nombre élevée et une surface spécifique de nanotiges sont nécessaires, tels que capteur de pression, immuno-biocapteur et les cellules solaires à colorant.
Introduction
Récemment, les appareils électroniques portables et portables sont devenus un élément essentiel pour une vie confortable en raison de la développement de la nanotechnologie, qui se traduit par des exigences énormes pour une source d'énergie de l'ordre de microwatts à milliwatt. Approches considérables pour la source des appareils portables et portables puissance ont été atteints par l'énergie renouvelable, notamment l'énergie solaire de 1,2, 3,4 et la source thermique mécanique 5,6. Nanogénérateur piézo-électrique ont été intensivement étudiée comme l'un des candidats possibles pour le dispositif de récupération d'énergie à partir d'environnements, tels que le bruissement de la feuille 7, 8 onde sonore et le mouvement de l'être humain 9. Le principe sous-tendant la nanogénérateur primaire est le couplage entre le matériau diélectrique et le potentiel de barrière piézoélectrique. Le potentiel généré en matériau piézo-électrique tendu induit le courant transitoire qui circule à travers le circ externeuit, qui équilibre le potentiel à l'interface entre piézo-électrique et un matériau diélectrique. La performance de nanogénérateur serait améliorée par l'utilisation nanostructure de matériau piézoélectrique en raison de la robustesse sous robustesse sous un stress élevé et de la réactivité à petite déformation 10.
Une dimension nanostructure d'oxyde de zinc est un élément prometteur pour les matériaux piézoélectriques dans nanogénérateur en raison de ses propriétés intéressantes, par exemple, sa haute piézoélectricité (26,7 pm / V) 11, la transparence optique 12, et la synthèse facile à l'aide de procédés chimiques 13. Approche hydrothermale pour la croissance de l'nanotige de ZnO bien aligné reçoit une grande attention en raison de leur faible coût, la synthèse respectueux de l'environnement et le potentiel pour faciliter la mise à l'échelle en place. De plus, la technique de préchauffage hydrothermique est facilement contrôlable en condition expérimentale, ce qui entraîne de nombreux nouveaux types de nanostructures, comme nanoleaves 14,nanoflowers 15 et 16 nanotubes. Les nouvelles nanostructures permettent un effet bénéfique sur les performances des appareils électriques et optoélectroniques où la surface spécifique élevée de matière est exigée.
Dans ce protocole, nous décrivons les procédures expérimentales pour la synthèse de plus de roman nanostructure (c.-à-autoportante double hétérostructure). La croissance de ZnO nanotige à l'interface entre le graphène et de polyéthylène téréphtalate (PET) substrat conduit à l'auto-élévation de la nanotige ZnO / graphène simple hétérostructure, donnant le double hétérostructure autonome. En outre, l'application possible de la présente nanostructure unique pour des dispositifs électroniques et opto-électrique est mise en évidence par la fabrication d'un nanogénérateur piézoélectrique. Autoportante double hétérostructure ne fournit pas seulement une zone de surface spécifique élevée, mais aussi une densité de nombre élevé de nanotige dans une zone donnée. Cette nanostructure unique a une énorme puissanteial pour des applications de dispositifs électriques et opto-électriques, tels que capteur de pression, immuno-biocapteur et les cellules solaires à colorant.
Protocol
Representative Results
Discussion
S'il vous plaît noter que la haute qualité (> 99,8%, recuit) de feuille de Cu devrait être considéré comme un substrat pour la croissance réussie de graphène seule couche. Sinon, le graphène monocouche est pas uniformément cultivé sur la feuille Cu, conduisant à diminuer considérablement la conductivité du graphène. Un recuit de 1 heure à température élevée contribuerait à l'amélioration de la feuille cristallinité Cu ainsi que l'enlèvement des contaminants de la feuille de Cu.
<…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 |
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