Активный элемент на основе наностержней ZnO для устройств сбора энергии

Автор(и)

  • Анатолий Тимофеевич Орлов Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", Ukraine https://orcid.org/0000-0001-9426-6317
  • Вероника Александровна Ульянова Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", Ukraine https://orcid.org/0000-0002-8334-2756
  • Андрей Игоревич Зазерин Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут» Вул. Політехнічна, 16, м. Київ, Україна 03056, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-9407-7388
  • Александр Владимирович Богдан Научно-исследовательский институт прикладной электроники Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт», Ukraine
  • Геннадий Андреевич Пашкевич Лаборатория оптико-электронных и магнитных измерений, Институт физики Национальной Академии наук Беларуси, Belarus
  • Юрий Иванович Якименко Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт им. Игоря Сикорского", Ukraine https://orcid.org/0000-0002-8129-8616

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347016020023

Ключові слова:

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

Анотація

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.

Біографії авторів

Анатолий Тимофеевич Орлов, Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"

Кандидат технических наук, доцент, кафедра микроэлектроники

Вероника Александровна Ульянова, Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"

Аспирант, кафедра микроэлектроники

Андрей Игоревич Зазерин, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут» Вул. Політехнічна, 16, м. Київ, Україна 03056

Аспірант

Кафедра мікроелектроніки

Александр Владимирович Богдан, Научно-исследовательский институт прикладной электроники Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт»

Заместитель директора

Геннадий Андреевич Пашкевич, Лаборатория оптико-электронных и магнитных измерений, Институт физики Национальной Академии наук Беларуси

Кандидат технических наук

Юрий Иванович Якименко, Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт им. Игоря Сикорского"

Академик НАН Украины, профессор, доктор технических наук, первый проректор НТУУ «КПИ»

Посилання

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.

Опубліковано

2016-02-19

Як цитувати

Орлов, А. Т., Ульянова, В. А., Зазерин, А. И., Богдан, А. В., Пашкевич, Г. А., & Якименко, Ю. И. (2016). Активный элемент на основе наностержней ZnO для устройств сбора энергии. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 59(2), 14–22. https://doi.org/10.20535/S0021347016020023

Номер

Розділ

Оригінальні статті