Preparación de ZnO nanorod / grafeno / ZnO nanorod epitaxialLa heteroestructura doble para piezoeléctricas nanogenerador mediante precalentamiento Hidrotermal
Summary
Se presenta método de fabricación de un solo paso para la obtención independiente heteroestructura doble epitaxial. Este enfoque podría lograr una cobertura ZnO con una densidad numérica más alta que la de la heteroestructura sola epitaxial, lo que lleva a un nanogenerador piezoeléctrico con un rendimiento eléctrico aumento de la producción.
Abstract
Nanoestructuras de ZnO bien alineados se han estudiado intensamente durante la última década para las propiedades físicas extraordinarias y enormes aplicaciones. A continuación, describimos una técnica de fabricación de un solo paso para la síntesis independiente ZnO nanorod / grafeno / ZnO nanorod doble heteroestructura. La preparación de la heteroestructura doble se lleva a cabo mediante el uso de deposición de vapor químico térmico (CVD) y de precalentamiento técnica hidrotermal. Además, las propiedades morfológicas se caracterizaron mediante el uso de la microscopía electrónica de barrido (SEM). La utilidad de heteroestructura doble autoportante se demuestra por la fabricación de la nanogenerador piezoeléctrico. La salida eléctrica se mejora hasta un 200% en comparación con la de una sola heteroestructura debido al efecto de acoplamiento de la piezoelectricidad entre las matrices de nanorods de ZnO en la parte superior e inferior de grafeno. Esta doble heteroestructura única tiene un enorme potencial para las aplicaciones de la electricidad y optoeléctricodispositivos en los que se necesitan la alta densidad de número y superficie específica de nanorod, como sensor de presión, inmuno-biosensor y las células solares sensibilizadas por colorante.
Introduction
Recientemente, los dispositivos electrónicos portátiles y portátiles se convirtieron en un elemento esencial para una vida confortable, debido al desarrollo de la nanotecnología, que da lugar a las enormes demandas de una fuente de energía en el rango de microvatio de milivatios. Enfoques considerables para la fuente de alimentación de los dispositivos portátiles y portátiles se han alcanzado por la energía renovable, incluyendo 1,2 energía solar, térmica 3,4 y la fuente mecánica 5,6. Nanogenerador piezoeléctrico se han estudiado intensamente como uno de los posibles candidatos para el dispositivo de captación de energía de los ambientes, como el robo de la hoja 7, onda de sonido de 8 y el movimiento del ser humano 9. El principio primario que subyace en la nanogenerador es el acoplamiento entre el material dieléctrico y potencial piezoeléctrico como una barrera. El potencial piezoeléctrico generada en el material tensa induce la corriente transitoria que fluye a través de la circ externauit, que equilibra el potencial en la interfase entre piezoeléctrico y material dieléctrico. El rendimiento de nanogenerador se podría mejorar mediante el uso de nanoestructura de material piezoeléctrico debido a la robustez bajo robustez bajo alta tensión y capacidad de respuesta a pequeña deformación 10.
Nanoestructura de óxido de zinc unidimensional es un componente prometedor para materiales piezoeléctricos en nanogenerador debido a sus propiedades atractivas, por ejemplo, su alto piezoelectricidad (26,7 pm / V) 11, transparencia óptica 12, y la síntesis fácil mediante el uso de procesos químicos 13. Enfoque hidrotérmico para el cultivo de la nanorod ZnO bien alineada recibe una gran atención debido a la baja de costos, la síntesis respetuoso del medio ambiente y el potencial para una fácil ampliación. Por otra parte, la técnica hidrotermal de precalentamiento es fácilmente controlable en condición experimental, dando como resultado en muchos tipos de nanoestructuras novedosos, tales como nanoleaves 14,nanoflores 15 y nanotubos 16. Las nuevas nanoestructuras permiten un efecto beneficioso sobre el rendimiento de los dispositivos eléctricos y optoeléctricos donde se exige la alta superficie específica de material.
En este protocolo, se describen los procedimientos experimentales para la síntesis de más novedoso nanoestructura (es decir, independiente de doble heteroestructura). El crecimiento de ZnO nanorod en la interfaz entre el grafeno y polietileno tereftalato (PET) sustrato conduce a la del nanorod ZnO / heteroestructura sola grafeno autoelevadoras, produciendo el doble heteroestructura independiente. Además, la aplicación factible de esta nanoestructura única para dispositivos electrónicos y optoeléctricos se demuestra mediante la fabricación de un nano-generador piezoeléctrico. Independientes heteroestructura doble proporciona no sólo una alta superficie específica, pero también una alta densidad de número de nanorod en un área determinada. Esta nanoestructura única tiene una tremenda potenteIAL para aplicaciones de dispositivos eléctricos y optoeléctrico, como sensor de presión, inmuno-biosensor y las células solares sensibilizadas con tinte.
Protocol
Representative Results
Discussion
Tenga en cuenta que la alta calidad (> 99,8%, recocido) de Cu lámina debe ser considerado como un sustrato para el crecimiento exitoso de una sola capa de grafeno. De lo contrario, la única capa de grafeno no se cultiva de manera uniforme sobre la lámina de cobre, lo que lleva a disminuir drásticamente en la conductividad del grafeno. Un recocido de 1 hr a alta temperatura ayudaría a la mejora de la lámina de Cu cristalinidad así como la eliminación de contaminantes de la lámina 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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