Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Доступ по подписке
Эффективный коэффициент электромеханической связи

Активный элемент на основе наностержней ZnO для устройств сбора энергии

Анатолий Тимофеевич Орлов, Вероника Александровна Ульянова, Андрей Игоревич Зазерин, Александр Владимирович Богдан, Геннадий Андреевич Пашкевич, Юрий Иванович Якименко

Аннотация


Представлено исследование пьезоэлектрических свойств наностержней ZnO и их применение в устройствах сбора энергии. Согласно результатам моделирования методом конечных элементов, значение коэффициента электромеханической связи монослоя, состоящего из наностержней ZnO, возрастает по сравнению с однородной пленкой. Изготовление образца предполагает применение традиционной микроэлектронной технологии для получения верхнего и нижнего электродов, а также двухстадийного низкотемпературного химического синтеза наностержней ZnO. Для возбуждения акустических колебаний в образце применена пьезокерамическая пластина в составе многослойной структуры, закрепленная на подложке ситалла. Результаты получены в двух режимах измерения, предполагающих возбуждение колебаний от источника прямоугольных импульсов и от генератора гармонических колебаний звуковой частоты. Полученные результаты демонстрируют высокую эффективность пьезоэлектрического преобразования для монослоя, состоящего из наностержней ZnO, что возможно использовать для создания различных устройств с автономным питанием.

Ключевые слова


устройство сбора энергии; наностержень ZnO; эффективный коэффициент электромеханической связи; гидротермальный синтез; многослойная структура

Полный текст:

PDF

Литература


Wang X. Piezoelectric nanogenerators—Harvesting ambient mechanical energy at the nanometer scale / X. Wang // Nano Energy. — Jan. 2012. — Vol. 1, No. 1. — P. 13–24. — DOI : http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2011.09.001.

Sun C. Fundamental study of mechanical energy harvesting using piezoelectric nanostructures / C. Sun, J. Shi, X. Wang // J. Appl. Phys. — 2010. — Vol. 108, No. 3. — P. 034309. — DOI : http://dx.doi.org/10.1063/1.3462468.

In situ observation of size-scale effects on the mechanical properties of ZnO nanowires / A. Asthana, K Momeni, A. Prasad, Y. K. Yap, R. S. Yassar // Nanotechnology. — 2011. — Vol. 22, No. 26. — P. 265712. — DOI : http://dx.doi.org/10.1088/0957-4484/22/26/265712.

Self-powered nanowire devices / Sheng Xu, Yong Qin, Chen Xu, Yaguang Wei, Rusen Yang, Zhong Lin Wang // Nature Nanotechnology. — 2010. — Vol. 5, No. 5. — P. 366–373. — DOI : http://dx.doi.org/10.1038/nnano.2010.46.

Gao Y. Electrostatic potential in a bent piezoelectric nanowire. The fundamental theory of nanogenerator and nanopiezotronics / Y. Gao, Z. L. Wang // Nano Lett. — 2007. — Vol. 7, No. 8. — P. 2499–2505. — DOI : http://dx.doi.org/10.1021/nl071310j.

Agrawal R. Giant piezoelectric size effects in zinc oxide and gallium nitride nanowires. A first principles investigation / Ravi Agrawal, Horacio D. Espinosa // Nano Lett. — 2011. — Vol. 11, No. 2. — P. 786–790. — DOI : http://dx.doi.org/10.1021/nl104004d.

Lesieutre G. A. Can a coupling coefficient of a piezoelectric device be higher than those of its active material? / G. A. Lesieutre, C. L. Davis // J. Intelligent Material Systems Structures. — 1997. — Vol. 8, No. 10. — P. 859–867. — DOI : http://dx.doi.org/10.1177/1045389X9700801005.

Modeling for temperature compensation and temperature characterizations of BAW resonators at GHz frequencies / B. Ivira, P. Benech, R. Fillit, F. Ndagijimana, P. Ancey, G. Parat // IEEE Trans. Ultrason., Ferroelectrics, and Frequency Control. — Feb. 2008. — Vol. 55, No. 2. — P. 421–430. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/TUFFC.2008.660.

Influence of process temperature on ZnO nanostructures formation / A. Orlov, V. Ulianova, Y. Yakimenko, O. Bogdan, G. Pashkevich // Electronics and Nanotechnology : IEEE 34th Int. Conf. ELNANO, 15–18 Apr. 2014, Kyiv, Ukraine : proc. — IEEE, 2014. — P. 51–53. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/ELNANO.2014.6873960.

High-performance ultraviolet radiation sensors based on zinc oxide nanorods / V. Ulianova, A. Zazerin, G. Pashkevich, O. Bogdan, A. Orlov // Sensors and Actuators A: Physical — 2015. — Vol. 234. — P. 113–119. — DOI : http://dx.doi.org/10.1016/j.sna.2015.08.012.

ZnO nanorods in energy harvesting devices / A. Orlov, V. Ulianova, A. Zazerin, O. Bogdan, G. Pashkevich, Y. Yakimenko // Electronics and Nanotechnology : IEEE 35th Int. Conf. ELNANO, 21–24 Apr. 2015, Kyiv, Ukraine : proc. — IEEE, 2015. — P. 168–170. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/ELNANO.2015.7146863.

Нанохарвестер пьезоэлектрической энергии на основе массива нитевидных нанокристаллов ZnO и плоского медного электрода / С. А. Гаврилов, Д. Г. Громов, А. М. Козьмин, М. Ю. Назаркин, С. П. Тимошенков, А. С. Шулятьев, Е. С. Кочурина // Физика твердого тела. — 2013. — Т. 55, № 7. — С. 1376–1379. — Режим доступа : http://journals.ioffe.ru/ftt/2013/07/page-1376.html.ru.




DOI: https://doi.org/10.20535/S0021347016020023

Метрики статей

Загрузка метрик ...

Metrics powered by PLOS ALM

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.





© Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника, 2004–2017
При копировании активная ссылка на материал обязательна
ISSN 2307-6011 (Online), ISSN 0021-3470 (Print)
т./ф. +38044 204-82-31, 204-90-41
Условия использования сайта