Framställning av ZnO nanorod / Grafen / ZnO nanorod epitaxiell dubbel hetero för piezoelektriska Nanogenerator med hjälp Förvärmning Hydro
Summary
Ett steg tillverkningsmetod för att erhålla fristående epitaxiell dubbel hetero presenteras. Detta tillvägagångssätt skulle kunna uppnå ZnO täckning med ett högre nummer densitet än den hos det epitaxiella enda hetero, vilket leder till en piezoelektrisk nanogenerator med en ökad produktion elektriska prestanda.
Abstract
Väl inriktade ZnO nanostrukturer har studerats intensivt under det senaste decenniet för anmärkningsvärda fysiska egenskaper och enorma applikationer. Här beskriver vi ett steg tillverkningstekniken att syntes fristående ZnO nanorod / grafen / ZnO nanorod dubbel hetero. Framställningen av den dubbla hetero utförs genom användning av termisk kemisk förångningsdeposition (CVD) och förvärmning hydrotermisk teknik. Därutöver har de morfologiska egenskaperna kännetecknas av användning av svepelektronmikroskop (SEM). Nyttan av fristående dubbel hetero demonstreras genom att tillverka den piezoelektriska nanogenerator. Den elektriska utsignalen förbättras upp till 200% jämfört med den hos en enda heterostruktur på grund av kopplingseffekten av piezoelektricitet mellan uppsättningarna av ZnO nanostavar på toppen och botten av grafen. Denna unika dubbel hetero har en enorm potential för tillämpningar av elektriska och Optoelektriskaanordningar där det stora antalet densitet och specifik yta av nanorod behövs, såsom trycksensor, immunbiosensor och färgämnessensiterade solceller.
Introduction
Nyligen bärbara och bärbara elektroniska enheter blev en viktig faktor för ett bekvämt liv på grund av nanoteknik utveckling, vilket resulterar i de enorma kraven på en kraftkälla inom området mikrowatt till milliwatt. Betydande metoder för kraftkälla bärbara och bärbara enheter har uppnåtts genom förnybar energi, inklusive solenergi 1,2, termisk 3,4 och mekanisk källa 5,6. Piezoelektriska nanogenerator har studerats intensivt som en eventuell kandidat för energi skörd enhet från miljöer, såsom prasslande löv 7, ljudvåg 8 och förflyttning av människa 9. Den primära principen bakom nanogenerator är kopplingen mellan den piezoelektriska potential och dielektriskt material som barriär. Den piezoelektriska potential alstras i ansträngda material inducerar övergående ström som flyter genom den yttre circuit, vilket balanserar potentialen vid gränsytan mellan piezoelektriska och dielektriska materialet. Prestandan hos nanogenerator skulle förbättras med hjälp av nanostruktur av piezoelektriskt material på grund av robusthet i robusthet under hög belastning och lyhördhet för liten deformation 10.
Endimensionell zinkoxid nanostruktur är en lovande komponent för piezoelektriska material i nanogenerator på grund av dess attraktiva egenskaper, t.ex. dess höga piezoelektricitet (26,7 pm / V) 11, optisk transparens 12, och enkel syntes genom att använda kemisk process 13. Hydrotermiska metod för att odla väl i linje ZnO nanorod får stor uppmärksamhet på grund av låg kostnad, miljövänligt syntes och potential för enkel uppskalning. Dessutom är den förvärmning hydrotermala tekniken lätt kontrollerbar i experimentell betingelse, vilket resulterar i många typer av nya nanostrukturer, såsom nanoleaves 14,nanoflowers 15 och nanorör 16. De nya nanostrukturer möjliggör en positiv effekt på resultatet för de elektriska och optoelektriska enheter överallt där hög specifik yta av material efterfrågas.
I detta protokoll, beskriver vi de experimentella förfaranden för syntes av mer nya nanostruktur (dvs. fristående dubbel hetero). Tillväxten av ZnO nanorod vid gränsytan mellan grafen och polyetylentereftalat substrat (PET) leder till självlyftande ZnO nanorod / grafen enda hetero, vilket ger fristående dubbel hetero. Dessutom är möjlig tillämpning av denna unika nanostruktur för elektroniska och optoelektriska enheter visat genom att tillverka en piezoelektrisk nanogenerator. Fristående dubbel hetero ger inte bara en hög specifik yta, utan även ett stort antal densitet av nanorod i ett givet område. Denna unika nanostruktur har en enorm potentdar e för tillämpningar av elektriska och optoelektriska enheter, till exempel trycksensor, immun biosensor och färgämnessensiterade solceller.
Protocol
Representative Results
Discussion
Observera att den höga kvalitet (> 99,8%, glödgat) av Cu folie bör betraktas som ett substrat för framgångsrik tillväxt av enkelskikts grafen. Annars är det enda lager grafen inte likformigt vuxit under Cu folie, vilket leder till dramatiskt minska i ledningsförmåga hos grafen. En 1 tim glödgning vid hög temperatur skulle hjälpa förbättring av Cu folie kristalliniteten samt avlägsnande av eventuella föroreningar från Cu-folie.
Tillväxten av ZnO nanorod beror på villkore…
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).
