Подготовка ZnO наностержней / Графен / ZnO наностержней эпитаксиальных двойной гетероструктуры для пьезоэлектрических Nanogenerator с помощью Нагрев гидротермальных
Summary
Один шаг Способ изготовления для получения автономный эпитаксиального двойной гетероструктуры представлена. Такой подход мог бы добиться охвата ZnO с более высокой плотностью, чем в эпитаксиальных гетероструктур одной, что приводит к пьезоэлектрической nanogenerator с электрическими характеристиками увеличился вывода.
Abstract
Ну-выровненные ZnO наноструктуры интенсивно изучались в течение последнего десятилетия для замечательных физических свойств и огромных приложений. Здесь мы опишем технику изготовления один шаг в синтез автономных ZnO наностержней / графен / ZnO наностержней двойной гетероструктуры. Получение двойной гетероструктуры выполняется с использованием термическим осаждением химических паров (CVD) и подогрева техники гидротермической. Кроме того, морфологические свойства были охарактеризованы с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Полезность стоящая двойной гетероструктуры демонстрируют изготовления пьезоэлектрического nanogenerator. Электрическое выход улучшается до 200% по сравнению с одной гетероструктуры за счет связи эффекта пьезоэлектричества между массивами ZnO наностержней на верхней и нижней части графена. Этот уникальный двойной гетероструктуры имеют огромный потенциал для применения электрического и оптоУстройства, где высокая плотность количество и удельную площадь поверхности наностержню необходимы, такие как датчик давления, иммуно-биосенсора и сенсибилизированных красителем солнечных элементах.
Introduction
В последнее время портативные и носимые электронные устройства стали важным элементом для комфортной жизни в связи с развитием нанотехнологий, в результате чего огромные требования для источника питания в диапазоне мкВт на милливатт. Значительные подходы к источнику питания портативных носимых устройств и были достигнуты возобновляемых источников энергии, в том числе солнечной энергии, тепловой 1,2 3,4 и механической источника 5,6. Пьезоэлектрический nanogenerator интенсивно изучались в качестве одного из возможных кандидатов на уборочной энергии устройства из сред, таких как шелест листа 7, 8 звуковую волну и движение человеческого бытия 9. Основной принцип, лежащий в nanogenerator это соединение между пьезоэлектрическим потенциалом и диэлектрического материала в качестве барьера. Пьезоэлектрический потенциал, создаваемый в деформированном материале вызывает переходный ток, который течет через внешний CIRCПИФ, который уравновешивает потенциал на поверхности раздела между пьезоэлектрическими и диэлектрического материала. Производительность nanogenerator можно было бы улучшить с помощью наноструктуры пьезоэлектрического материала из-за отказоустойчивости при отказоустойчивости при высоких нагрузках и отзывчивость к крошечной деформации 10.
Одномерная наноструктуры оксида цинка является перспективным компонентом для пьезоэлектрических материалов в nanogenerator из-за его привлекательных свойств, например, высокая пьезоэлектричество (26,7 пм / В) 11, оптической прозрачностью 12 и поверхностным синтез с помощью химических процессов 13. Подход гидротермального выращивания хорошо выровненный ZnO наностержней получает большое внимание из-за низкой стоимости, экологически синтеза и потенциала для легкого масштабирования вверх. Кроме того, предварительный нагрев техника гидротермальных легко управляема в экспериментальных условиях, в результате чего во многих видах новых наноструктур, таких, как nanoleaves 14,nanoflowers 15 и нанотрубок 16. Новые наноструктуры позволяют благоприятное воздействие на выполнение электрических и оптоэлектронного устройства, где высокая удельная поверхность материала требует.
В этом протоколе мы опишем экспериментальные процедуры для синтеза более новой наноструктуры (т.е., отдельно стоящая двойной гетероструктуры). Рост ZnO наностержню на границе между графена и полиэтилентерефталата (ПЭТ) подложки приводит к самостоятельной Подъемная наностержней ZnO / графена одного гетероструктуры, получая автономный двойной гетероструктуры. Кроме того, представляется возможным применение этого уникального наноструктуры для электронных устройств и оптоэлектронного свидетельствует изготовления пьезоэлектрического nanogenerator. Корпусная двойной гетероструктурой обеспечивает не только высокую удельную площадь поверхности, но и высокую плотность числа наностержню в данной области. Этот уникальный наноструктуры имеет огромное мощнымМВЛ для применения электрических и опто устройств, таких как датчик давления, иммуно-биосенсора и сенсибилизированных красителем солнечных элементах.
Protocol
Representative Results
Discussion
Пожалуйста, обратите внимание, что высокое качество (> 99,8%, отожженной) из Cu фольги следует рассматривать в качестве субстрата для успешного роста однослойного графена. В противном случае, один слой графена не равномерно выросла за фольгой Cu, что приводит к значительно уменьшить прово?…
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).
