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

1、近年來，將周圍環(huán)境各種機械能轉(zhuǎn)化為電能的納米發(fā)電機（NG）相繼問世。基于聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）的納米發(fā)電機（PDMS-Based NGs）雖然已經(jīng)取得了顯著的進展，但是這些器件的輸出電流和功率都相對較低，而輸出功率不足很可能阻礙它們的實際應用。因此，迫切需要提高納米發(fā)電機的輸出電流和功率以滿足當前特殊應用領域的需求。
　　本論文通過實驗制備了氧化鋅（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結構的壓電納米發(fā)電機，之后我們用這兩種納米材料修飾PDMS膜，設計并制備了不同結構的基于PDMS的摩擦電納米發(fā)電機，實現(xiàn)了納米發(fā)電機輸出電流和功率的極大提高，取得了一定的研究進展。主要研究結果如下：
　?、倩贏g/ZnO/Ag結構的壓電納米發(fā)電機
　　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，并對其進行了SEM和XRD表征。結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ZnO納米管的生長機理進行了分析。
　　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，并對其進行了SEM和XRD表征。通過SEM圖像我們看出合成的金屬Ag納米線的直徑和長度分別為100 nm和50μm。并對Ag

4、納米線的生長機理進行了分析。
　　3)將合成的ZnO納米管和Ag納米線制備成Ag/ZnO/Ag結構的壓電納米發(fā)電機，并利用發(fā)電機測試系統(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）對所制備器件的性能進行測試。結果表明，尺寸為2 cm×2 cm的Ag/ZnO/Ag結構納米發(fā)電機的輸出電流可以達到450 nA，證實了ZnO納米管的橫向壓電性。
　?、诨诓煌Y構的PDMS摩擦納米發(fā)電機
　　1)制備四種（PDMS/P

5、DMS、PDMS/ZnO/PDMS、PDMS/Ag/PDMS和PDMS/Ag/ZnO/PDMS）基于不同結構的PDMS摩擦電納米發(fā)電機。并利用發(fā)電機測試系統(tǒng)對所制備器件的性能進行測試，結果表明，尺寸為2 cm×2 cm的四種納米發(fā)電機的輸出電流分別可以達到2μA、6.5μA、14μA和23μA。證明PDMS/Ag/ZnO/PDMS層狀結構在提高納米發(fā)電機輸出電流方面的獨特優(yōu)勢。
　　2)對于最佳結構的PDMS/Ag/ZnO/PDM

6、S納米發(fā)電機，研究不同厚度、不同尺寸以及不同測試頻率對其輸出性能的影響。結果表明，器件的厚度越小尺寸越大，則其輸出電流越大，當測試頻率為1.7 Hz時的輸出電流達到最值。更進一步對PDMS/Ag/ZnO/PDMS納米發(fā)電機的開路電壓，輸出電壓、電流和其功率與外加負載的關系進行了測試。測試結果表明，2 cm×2 cm PDMS/Ag/ZnO/PDMS納米發(fā)電機的開路電壓可以達到350 V，當外加負載為2.02×107歐姆時，其輸出功率最大