纳米发电机nanogenera课件

纳米发电机发展前景
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电子信息工程学院
（a）在氮化 镓基板上生长 的氧化锌纳米 线扫描电子显 微图像
（b）在导电 的原子显微镜 针尖作用下， 纳米线利用压 电效应发电示 意图
（c）在氧化锌纳米线上用探针尖收集到的电信号 （d）单根纳米线上探针尖的移动图像和产生的电信号图像
直立式纳米发电机原理图 纳米发电机nanogenera课件
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产生压电放电能量的物理原理来自氧化锌的压电性质和 半导体属性的耦合，一根垂直的直立氧化锌纳米线被AFM 针尖挤压产生一个应变场，外表面被拉伸，内表面被压 缩。由于压电效应在纳米线内部沿z方向产生一个电场， 压电场方向在外表面与轴几乎平行在内表面与轴反平行， 在一级近似下，沿着纳米线尖端的宽度，从压缩到拉伸 的侧面电势分布在-Vs和+Vs之间
纳米发电机产生
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概述
纳米发电机发展前景 直立式纳米发电机 纳米发电机原理 氧化锌纳米线的优点 纤维纳米发电机 交流纳米发电机
Dept. of Computer Sci源自nce, Tianjin Uni.
纳米发电机nanogenera课件
让纳米尺度的器件能够自己给自己提供电源，从而实 现器件和电源的同时小型化，这是科学家一直所梦寐 以求的，纳米发电机能够将周围的微小运动、振动、 流体等自然存在的机械能转化为电能
电流是在△V驱动下，从半导体氧化锌纳米线到金属针尖的 电子流动产生的，通过纳米线到针尖回路中，自由电子的流
动能中和分布在大量纳米线中的离子电荷，所以能降低-Vs 和+Vs的量级，因此,△V开始减小，并在纳米中所有离子电 荷被中和的时候变为0，这就解释了为什么放电曲线是对称 的
探针与压缩面接触
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纳米发电机原理
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-Vs和+Vs是由于压电效应产生的电压，电势是由锌离子 和氧离子相对转移产生的，如果不释放应力，这些离子 电荷不能自由移动，也不能重组，电势差将保持
纳米线底部和顶部的接触是不对称的，底部接触是氧化锌 薄膜与银层的接触，氧化锌的电子亲和能是4.5eV，Ag的 功函数是4.2eV，所以界面处无势垒。在纳米线尖端，Pt的 功函数是6.1eV，Pt与氧化锌的接触是肖特基结
交流纳米发电机
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nanogenerator
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想象这样一个情景：自动化工业时代之初，全世界的高 级技术工程师和企业家都纷纷开始设计制造客车、公共 汽车、卡车、摩托车以及其他各种可以想到的机动交通 工具，但却没有人首先研制用以驱动他们的发动机
这正是纳米技术产业所面临的问题：在设计和制造纳米 尺度的传感器等器件方面，以及在微机电系统取得长足 进展，却很少有人考虑先研发给这些纳米器件提供能量 的微型功率源——纳米发电机
氧化锌拥有丰富的纳米结构，像纳米线、纳米带、纳米环、 纳米棒，他们的制备方法也非常成熟，纳米线能够在多种 基底上生长，且能控制生产的密度，长度
氧化锌纳米线的优点
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纤维纳米发电机
• 低倍SEM照片显示两个互相缠绕的、表明长有氧化锌纳 米线阵列的纤维，其中一个镀有金
纳米发电机原理
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首先AFM传导针尖与纳米线被拉伸的表面接触(+Vs)，金属 针尖的电势（Vm）几乎为0，△V=Vm-Vs小于零，所以金属 针尖和氧化锌表面发生负偏压，由于氧化锌纳米线可以看 做n型半导体，所以Pt金属和氧化锌半导体表面在此可以看 作是一个反偏的肖特基二极管，表面电流很小
探针与拉伸面接触
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然后AFM传导针尖与纳米线被压缩的表面接触(-Vs)，金属 针尖的电势（Vm）几乎为0，△V=Vm-（-Vs）大于零，所 以金属针尖和氧化锌表面发生正偏压，Pt金属和氧化锌半 导体表面在此可以看作是一个正偏的肖特基二极管，同时
输出的电流突然升高
(b) 高倍SEM照片显示两纤维界面处的纳米线结构 (c) 显示多根纤维组成的纤维纳米发电机的并联式
纤维纳米发电机
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交流纳米发电机
氧化锌纳米线被固定在弹性 高分子衬底上，两端与电极 接触，当基板拉伸或压缩， 纳米线上会产生一个压降， 电子会通过外部电路流动形 成电流，当力被释放，恢复 形变，电子会沿反方向流过 来，形成的电流方向与刚才 相反，可以封装在聚合物薄 膜中
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用VLS方法生长氧化锌纳米线过程中，纳米线顶端金颗粒对 发电效果的影响
纳米线顶端金颗粒
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氧化锌纳米线既有半导体的性质，又有压电性质，可以用 他将电子性子和机械性质耦合在一起，像氧化钨纳米线， 碳纳米管就没有压电性质
氧化锌没有毒性是一种环保的材料，可以用于生物上的应 用，生物传感器，还可以用于医疗器械上