基于Ag納米線電極的ZnO納米管-PDMS介電膜納米發(fā)電機(jī)的研究.pdf

1、近年來(lái)，將周圍環(huán)境各種機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的納米發(fā)電機(jī)（NG）相繼問世?；诰鄱谆柩跬椋╬olydimethylsiloxane，PDMS）的納米發(fā)電機(jī)（PDMS-Based NGs）雖然已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展，但是這些器件的輸出電流和功率都相對(duì)較低，而輸出功率不足很可能阻礙它們的實(shí)際應(yīng)用。因此，迫切需要提高納米發(fā)電機(jī)的輸出電流和功率以滿足當(dāng)前特殊應(yīng)用領(lǐng)域的需求。
　　本論文通過實(shí)驗(yàn)制備了氧化鋅（ZnO）納米管和銀（Ag）納米線，用

2、這兩種納米材料制備了Ag/ZnO/Ag結(jié)構(gòu)的壓電納米發(fā)電機(jī)，之后我們用這兩種納米材料修飾PDMS膜，設(shè)計(jì)并制備了不同結(jié)構(gòu)的基于PDMS的摩擦電納米發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了納米發(fā)電機(jī)輸出電流和功率的極大提高，取得了一定的研究進(jìn)展。主要研究結(jié)果如下：
　?、倩贏g/ZnO/Ag結(jié)構(gòu)的壓電納米發(fā)電機(jī)
　　1)以濃度為30 mM的六水合硝酸鋅和六次甲基四胺溶液為原料，采用水熱法在鍍金硅片上100℃高溫生長(zhǎng)3 h繼而55℃低溫刻蝕21 h成功

3、合成了ZnO納米管陣列，并對(duì)其進(jìn)行了SEM和XRD表征。結(jié)果證明此水熱法合成ZnO納米管的內(nèi)外徑分別為為300 nm和500 nm。并對(duì)ZnO納米管的生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行了分析。
　　2)以乙二醇為還原劑，利用多元醇法，向160℃的乙二醇中同時(shí)注入AgNO3和PVP溶液并繼續(xù)加熱攪拌60 min成功合成了Ag納米線，并對(duì)其進(jìn)行了SEM和XRD表征。通過SEM圖像我們看出合成的金屬Ag納米線的直徑和長(zhǎng)度分別為100 nm和50μm。并對(duì)Ag

4、納米線的生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行了分析。
　　3)將合成的ZnO納米管和Ag納米線制備成Ag/ZnO/Ag結(jié)構(gòu)的壓電納米發(fā)電機(jī)，并利用發(fā)電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)（激振子、低噪聲電流前置放大器和數(shù)據(jù)采集卡等儀器）對(duì)所制備器件的性能進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明，尺寸為2 cm×2 cm的Ag/ZnO/Ag結(jié)構(gòu)納米發(fā)電機(jī)的輸出電流可以達(dá)到450 nA，證實(shí)了ZnO納米管的橫向壓電性。
　?、诨诓煌Y(jié)構(gòu)的PDMS摩擦納米發(fā)電機(jī)
　　1)制備四種（PDMS/P

5、DMS、PDMS/ZnO/PDMS、PDMS/Ag/PDMS和PDMS/Ag/ZnO/PDMS）基于不同結(jié)構(gòu)的PDMS摩擦電納米發(fā)電機(jī)。并利用發(fā)電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)所制備器件的性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，尺寸為2 cm×2 cm的四種納米發(fā)電機(jī)的輸出電流分別可以達(dá)到2μA、6.5μA、14μA和23μA。證明PDMS/Ag/ZnO/PDMS層狀結(jié)構(gòu)在提高納米發(fā)電機(jī)輸出電流方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
　　2)對(duì)于最佳結(jié)構(gòu)的PDMS/Ag/ZnO/PDM

6、S納米發(fā)電機(jī)，研究不同厚度、不同尺寸以及不同測(cè)試頻率對(duì)其輸出性能的影響。結(jié)果表明，器件的厚度越小尺寸越大，則其輸出電流越大，當(dāng)測(cè)試頻率為1.7 Hz時(shí)的輸出電流達(dá)到最值。更進(jìn)一步對(duì)PDMS/Ag/ZnO/PDMS納米發(fā)電機(jī)的開路電壓，輸出電壓、電流和其功率與外加負(fù)載的關(guān)系進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，2 cm×2 cm PDMS/Ag/ZnO/PDMS納米發(fā)電機(jī)的開路電壓可以達(dá)到350 V，當(dāng)外加負(fù)載為2.02×107歐姆時(shí)，其輸出功率最大