Preparação de ZnO nanorod / Grafeno / ZnO nanorod Epitaxial Duplo heterostructure para piezoelétricos nanogenerator usando pré-aquecimento Hydrothermal
Summary
Método de fabricação de uma etapa para a obtenção autônoma heterostructure dupla epitaxial é apresentado. Esta abordagem poderia atingir a cobertura de ZnO com uma densidade em número maior do que a do heterostrutura única epitaxial, levando a uma nanogenerator piezoeléctrico com um desempenho eléctrico aumento da produção.
Abstract
Nanoestruturas de ZnO bem alinhadas têm sido intensamente estudada nos últimos dez anos para notáveis propriedades físicas e enormes aplicações. Aqui, descrevemos uma técnica de fabricação de uma etapa para síntese autônomo ZnO nanorod / grafeno / ZnO nanorod dupla heterostructure. A preparação da dupla heterostrutura é realizada utilizando deposição de vapor químico térmica (CVD) e o pré-aquecimento técnica hidrotermal. Além disso, as propriedades morfológicas foram caracterizados usando microscopia electrónica de varrimento (MEV). O utilitário de autônomo dupla heterostructure é demonstrado por fabricar a nanogenerator piezoelétrico. A potência eléctrica é melhorada até 200% em comparação com a de um único heterostrutura, devido ao efeito de engate da piezeletrecidade entre as matrizes de ZnO nanorods na parte superior e na parte inferior de grafeno. Este heterostructure dobro original tem um tremendo potencial para aplicações de elétrica e optoelectricaldispositivos em que o número de alta densidade e área superficial específica de nanorod são necessários, tais como o sensor de pressão, imuno-biossensor e células solares sensibilizadas por corante.
Introduction
Recentemente, os dispositivos electrónicos portáteis e portáteis tornou-se um elemento essencial para uma vida confortável devido ao desenvolvimento da nanotecnologia, o que resulta em as enormes exigências de uma fonte de energia na gama de microwatts de miliwatts. Abordagens consideráveis para a fonte de dispositivos portáteis e portáteis de energia foram alcançados pela energia renovável, incluindo energia solar 1,2, 3,4 e fonte térmica mecânica 5,6. Nanogenerator piezoelétrico foram intensamente estudados como um dos possíveis candidatos para o dispositivo de captação de energia a partir de ambientes, como o farfalhar da folha 7, 8 onda sonora e movimento de ser humano 9. O princípio fundamental subjacente ao nanogenerator é o acoplamento entre o material dielétrico e potencial piezoelétrico como uma barreira. O potencial piezoelétrico gerada em material de tensas induz a corrente transitória que flui através do circ externouit, que equilibra o potencial na interface entre piezoeléctrico e material dieléctrico. O desempenho do nanogenerator seria melhorada através da utilização de nanoestrutura de material piezoelétrico, devido à robustez sob robustez sob alta tensão e capacidade de resposta à pequena deformação 10.
Unidimensional nanoestrutura de óxido de zinco é um componente promissor para materiais piezoeléctricos em nanogenerator devido às suas propriedades atractivas, por exemplo, a sua elevada piezoelectricidade (26,7 pm / V) 11, transparência óptica 12, e síntese fácil através da utilização de processos químicos 13. Abordagem hidrotermal para o crescimento da nanorod ZnO bem alinhados recebe uma grande atenção devido ao baixo custo, a síntese do meio ambiente e potencial para facilitar o aumento de escala. Além disso, a técnica de pré-aquecimento hidrotérmico é facilmente controlável, em condição experimental, resultando em muitos tipos de novas nanoestruturas, tais como nanoleaves 14,nanoflowers 15 e 16 de nanotubos. As novas nanoestruturas permitir um efeito benéfico sobre o desempenho dos dispositivos eléctricos e optoeléctricos onde quer que a elevada área superficial específica do material é exigido.
Neste protocolo, descrevemos os procedimentos experimentais para a síntese de mais romance nanoestrutura (ou seja, independente duplo heterostructure). O crescimento de ZnO nanorod na interface entre grafeno e polietileno tereftalato (PET) substrato leva à nanorod o ZnO / heterostructure único grafeno auto-elevatórias, produzindo o dobro heterostructure autônomo. Além disso, a aplicação viável deste nanoestrutura exclusivo para dispositivos eletrônicos e optoeléctricos é demonstrada pela fabricação de um nanogenerator piezoelétrico. Heterostrutura dupla autoportante proporciona não só uma área superficial específica elevada, mas também uma elevada densidade de número de nanorod numa determinada área. Este nanoestrutura único tem um tremendo potenteIAL para aplicações de dispositivos elétricos e opto-eléctrico, tais como sensor de pressão, imuno-biosensor e células solares tingir-sensibilizadas.
Protocol
Representative Results
Discussion
Por favor note que a alta qualidade (> 99,8%, recozido) de folha de Cu deve ser considerada como um substrato para o crescimento de sucesso de grafeno camada única. Caso contrário, a única camada de grafeno não é uniformemente crescido ao longo da folha de Cu, levando a diminuir drasticamente na condutividade do grafeno. Um recozimento de 1 hora a alta temperatura iria ajudar a melhoria da cristalinidade de folha de Cu, bem como a remoção de quaisquer contaminantes provenientes da folha de Cu.
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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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