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.

Посилання

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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.
  11. 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.
  12. 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