Активный элемент на основе наностержней ZnO для устройств сбора энергии

Автор(и)

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

##submission.downloads##

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

Том 59 № 2 (2016): Наноэлектроника

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2016 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.