Ön ısıtma Hidrotermal kullanarak Piezoelektrik Nanogenerator için ZnO Nanorod / Grafen / ZnO Nanorod Epitaksiyel çift heteroyapı hazırlanması
Summary
Duran epitaksiyel çift heteroyapı elde etmek için Bir adım fabrikasyon yöntemi sunulmaktadır. Bu yaklaşım, artmış bir çıkış elektrik performansı ile piezoelektrik nanogenerator yol epitaksiyel tek heteroyapıların göre daha yüksek bir sayı yoğunluğuna sahip ZnO kapsama elde edebiliriz.
Abstract
İyi hizalanmış ZnO nano yoğun dikkat çekici fiziksel özellikleri ve çok büyük uygulamalar için son on yıl içinde çalışmalar yapılmıştır. Burada, ZnO nanorod / grafen / ZnO nanorod iki heteroyapı bağlantısız sentez tek aşamalı bir imalat tekniği açıklar. Çift heteroyapıların hazırlanması ısı kimyasal buhar çöktürme (CVD) ile ve hidrotermal tekniği ön ısıtma ile gerçekleştirilir. Buna ek olarak, morfolojik özellikleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile karakterize edilmiştir. Çift heteroyapı müstakil faydası piezoelektrik nanogenerator imalatı ile gösterilmiştir. Elektrik çıkış üst ve grafin altındaki ZnO nanoçubuklar dizileri arasındaki piezoelektrik birleştirme etkisi nedeniyle, tek bir heteroyapıların kıyasla% 200'e kadar artar. Bu benzersiz çift heteroyapı elektrik ve optoelectrical uygulamaları için muazzam bir potansiyele sahipbu basınç sensörü, immüno-biyosensör ve boya hassas güneş pilleri, yüksek sayıyla yoğunlukta ve nanorod spesifik yüzey alanı gerekli cihazlar.
Introduction
Son zamanlarda, taşınabilir ve giyilebilir elektronik cihazlar milliwatt için mikrowatt aralığında bir güç kaynağı için muazzam talepler sonuçları nanoteknoloji geliştirme, sayesinde rahat bir yaşam için vazgeçilmez bir unsur haline gelmiştir. Taşınabilir ve giyilebilir cihazlar güç kaynağı için önemli yaklaşımlar 3,4 termal güneş enerjisi 1,2, ve mekanik kaynağın 5,6 olmak üzere, yenilenebilir enerji ile elde edilmiştir. Piezoelektrik nanogenerator yoğun yaprak 7, ses dalgası 8 ve insan 9 olma hareketini hışırtı gibi ortamlarda, enerji hasat cihazı için muhtemel bir aday olarak ele alınmıştır. Nanogenerator altında yatan temel prensip bir engel olarak piezoelektrik potansiyeli ve dielektrik malzeme arasındaki bağlantı olduğunu. Gergin malzeme üretilen piezoelektrik potansiyel dış circ akar geçici akım indüklerpiezoelektrik ve dielektrik malzeme arasındaki ara yüzeyde bir potansiyel dengeleyen uit. Nanogenerator performansı nedeniyle küçük deformasyon 10 yüksek stres ve yanıt altında sağlamlık altında sağlamlığına piezoelektrik malzemenin nano yapısını kullanarak geliştirilmiş olacaktır.
Tek boyutlu çinko oksit nano nedeniyle, örneğin çekici özellikleri ile nanogenerator piezoelektrik malzemeler için umut verici bir bileşenidir, yüksek piezoelektrik (26.7 pm / V) 11, optik saydamlık 12 ve kimyasal işlem 13 ile uyduruk sentezi. Iyi hizalanmış ZnO nanorod yetiştirmek için Hidrotermal yaklaşımı nedeniyle kolay ölçeklendirme kadar düşük maliyetle, çevre dostu sentez ve potansiyeli büyük bir ilgi toplamaktadır. Ayrıca, ön ısıtma hidrotermal teknik, nanoleaves 14 gibi yeni nano birçok türde ile sonuçlanan, deneysel koşullarda kolayca kontrol edilebilir,15 nanoflowers ve 16 nano tüplerin. Yeni bir nano malzemenin yüksek spesifik yüzey alanı talep her yerde Elektrik ve optoelectric cihazların performansı üzerinde yararlı bir etkiye olanak tanır.
Bu protokol, biz (çift heteroyapı bağlantısız, yani) daha yeni nano sentezi için deneysel prosedürler açıklanmaktadır. Grafin ve polietilen tereftalat (PET) alt-tabaka arasındaki ara yüzeyde ZnO nanorod büyüme duran iki heteroyapı verecek şekilde kendiliğinden yükselen ZnO nanorod / grafin tek heteroyapıların yol açar. Ayrıca, elektronik ve optoelectric cihazlar için bu eşsiz nano ve uygun bir uygulama, bir piezoelektrik nanogenerator imal ile gösterilmektedir. Müstakil iki heteroyapı yüksek bir spesifik yüzey alanı, aynı zamanda, belirli bir alanda nanorod yüksek bir sayı yoğunluğu, sadece içerir. Bu eşsiz nano güçlü büyük bir yer alırBöyle basınç sensörü, bağışıklık biyosensör ve boya duyarlı güneş hücreleri gibi elektrikli ve optoelectrical cihazlar, uygulamalar için ial.
Protocol
Representative Results
Discussion
Tek katmanlı grafen başarı için bir alt-tabaka olarak kabul edilmelidir, yüksek kaliteli (>% 99.8, tavlanmış) Cu folyo lütfen unutmayın. Aksi takdirde, tek katmanlı grafen muntazam dramatik grafen iletkenliği azalmaya yol açan, Cu folyo içinde büyüdü değildir. Yüksek sıcaklıkta bir 1 saat tavlama Cu folyo herhangi kirleticilerin Cu folyo Kristallik iyileşme yanı sıra kaldırılmasını yardımcı olacaktır.
ZnO nanorod büyüme hidrotermal ön ısıtılması için …
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).
