纳米发电机-sch

压电式纳米发电机
组成和原理
肖特基势垒：具有整流作用
原理：在直立式发电机中，氧化
锌纳米线一端固定，并与一个固定 电极相连。而当氧化锌线自由端在 驱动电极的作用下受力变形时，纳 米线一侧受压缩而另一侧被拉伸。 由于氧化锌同时具有半导体和压电 性质，这就使得纳米线拉伸和压缩 的两个相对侧面分别产生正、负压 电电势，借助半导体性质的氧化锌 纳米线和其金属尖部的肖特基势垒 将电能暂时储存在氧化锌纳米线内， 并可用导电的原子力显微镜探针接 通这一电源，通过肖特基势垒整流 后，向外界输电。
前言
主要成就
3. ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ米传感器和新型器件的原理和应用
王中林基于纳米级压电和半导体性能的巧妙耦合 提出了纳米压电电子学 (nanopiezotronics)的概念，即 利用压电效应所产生的电场来调制和控制载流子运动 的原理来制造新型的器件，首次制造出压电场效应三 级管，压电二极管。
发表了600篇期刊学术论文，45篇书章节，28项美国 和中国专利，4 本专著和20本编辑书籍及会议文集， 其中有15篇发表在《Science》，《Nature》及其子刊 物上，论文被引用达31,000 次以上
热释电纳米发电机
原理
第一热释电效应：描述了在没有应变情况下的产生的电 荷，存在于PZT，BTO等铁电材料中。其机理是基于热 诱导的电偶极子在平衡轴附近的随机摆动，其大小随着 温度变化的增加而变大。
第二热释电效应：描述了热膨胀引起的应变导致的电荷， 其存在于ZnO、CdS以及其他一些纤锌矿结构材料。热 形变可以引起材料中的压电电势差，它能够驱动电子在 外电路中的流动。
纳米发电机

压电式纳米发电机
交流纳米发电机 热释电纳米发电机


压电式纳米发电机
组成和原理

组成
从上到下依次由驱动电极（肖特基势垒）、ZnO纳米线 、固定基底组成。
肖特基势垒：金属-半导体边界上 形成的具有整流作用的区域。
ZnO纳米线：氧化锌纳米线容易 被弯曲，从而在纳米线内部外部 分别造成压缩和拉伸。竖直生长 的氧化锌是纤锌矿结构，具有优 良的半导体性能和压电效应。
纳米发电机 Nanogenerator
目录

前言
纳米发电机

前言
个人简介
王中林， 1982年本科毕业于西北 电讯工程学院(现名西安电子科技 大学 ) ，纳米技术专家。美国佐 治亚理工学院终身教授，佐治亚 理工学院校摄政董事教授 (Regents' Professor), 佐治亚理工 学院纳米材料科学与技术中心主 任，中国国家纳米科学中心联合 主任。中国科学院外籍院士和欧 洲科学院院士。
前言
主要成就
1.纳米能源技术
王中林研究小组2006年发明了纳米发电机，2007年 成功研发出由超声波驱动的可独立工作的直流纳米 发电机，2008年研发出可以利用衣料来实现发电的 “发电衣”的原型发电机。
2.氧化锌纳米的合成、表征、机理和应用
长期进行氧化锌纳米结构的研究，使得氧化锌成为 除碳纳米管和硅纳米线外纳米技术中又一重要材料 体系。 .
压电式纳米发电机
性能和应用
由纳米发电机驱动的心脏起勃器
在运动时能够发电的衣服、鞋子
交流纳米发电机
在新型交流纳米发电机中， 氧化锌线水平放置于弹性高分 子衬底上，其两端分别连接输 出电极并固定在衬底上。当弹 性衬底变形弯曲后，氧化锌线 整体被拉伸或压缩，同时压电 电场沿着线轴向建立并在两端 形成电势差，此压电电势差随 着氧化锌线的来回弯曲从而驱 动了电子在外电路中的往复流 动，产生了交变电流。
热释电纳米发电机
原理
基于第一热释电效应的热释电纳 米发电机的工作原理图（a-c）。 在室温下、加热下、冷却下热释 电发电机的工作原理图分别为a, b, c。图中标出的角代表着偶极 子热摆动的剧烈程度。
1、性能： a.功率：单根氧化锌纳米线的放电能为0.05FJ，如果选择氧 化锌密为20/μm，则功率为10pW/μm。 b.功能：能够收集任何微弱形式的机械能，比如人体运动、 肌肉收缩、血液流动等所产生的能量，并将这些能量转化为 电能提供给纳米器件。 2、应用： 由于纳米发电机是最近几年才研制出来的高科技产物，目前 还未应用于生产，主要应用在一些概念性的科技产品上。
Nature Nanotechnology 4, 34 - 39 (2009)
热释电纳米发电机
原理
热释电 (Pyroelectric) 纳米 发电机：是一种能量收集 装置，它能够利用纳米结 构的热释电材料把外界的 热能转换成电能。热能的 收集主要依靠器件两端的 温差驱动载流子扩散的塞 贝克效应。
Nano Letters. 2012, 12 (6): 2833–2838.
固定电极
ZnO纳米线
（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
压电式纳米发电机
性能和应用