氧化锌同时具有半导体和压电性质

在两年前创造出第一代纳米发电机的基础上，美国佐治亚理工学院教授王中林研讨小组再次研制出高分子薄膜封装的沟通纳米发电机。这一最新效果近来在线宣布在 《自然—纳米技能》期刊网站上。　　2006年，在原子力显微镜的协助下，王中林小组使用竖直构造的氧化锌（ZnO）纳米线的共同性质，创造了能将机械能 转化为电能的国际最小的发电设备——直立式纳米发电机。在此基础上，他的研讨小组在2007年和2008年初，创造了超声波驱动的直流纳米发电机和纤维纳 米发电机。　　在这些直立式发电机中，氧化锌纳米线一端固定，并与一个固定电极相连。而当氧化锌线自在端在驱动电极的效果下受力变形时，纳米线一侧受紧缩 而另一侧被拉伸。因为氧化锌一起具有半导体和压电性质，这就使得纳米线拉伸和紧缩的两个相对侧面别离发生正、负压电电势，然后进一步完成机械能到电能的转 化、整流和输出。　　“虽然这类发电机取得了无穷的成功并衍生出根据不同衬底的模型，超声波焊接机直立式发电机的进一步开展仍面对一些艰难亟须处理。”王 中林说：“一个挑战来自于驱动电极与氧化锌纳米线距离的准确操控，少数的差错就会构成发电机不能正常作业。别的，直立式发电机作业时自在端和驱动电极要不 断接触和冲突，由此也许构成纳米线和电极的磨损，进而影响纳米发电机的性能和寿数。”　　为了处理直立式纳米发电机的疑问，王中林想到了能否用封装的水平 式氧化锌线完成机械能到电能的转化。为此，他和杨如森博士、秦勇博士和戴拂晓教授等，尝试了各种规划方案并进行了很多试验，历经近两年总算创造了封装型沟 通纳米发电机，并有用克服了直立式发电机的规划缺点。　　在这一新式沟通纳米发电机中，氧化锌线水平放置于弹性高分子衬底上，其两头别离连接输出电极并固 定在衬底上。因为衬底厚度比氧化锌线的直径大得多，当弹性衬底变形曲折后，氧化锌线全体被拉伸或全体被紧缩。在压电效应的效果下，压电电场沿着氧化锌线轴 向树立并在两头构成电势差。因为在一端有肖特基势垒的存在，此压电电势差跟着氧化锌线的往复曲折然后驱动了电子在外电路中的往复活动，因而对外接器件发生 了交变电流。　　当沟通纳米发电机作业时，氧化锌线起到的“电容”和“电荷泵”的效果，不断将机械能变换为电能，然后完成从环境中获取能量并有用输出。单 根氧化锌线所给出的最多电压可到达50毫伏。如果不考虑基片的能量损耗，就氧化锌线而言，发电功率可达7%。小型超声波清洗机　　王中林说，与直立式纳米 发电机比较，沟通纳米发电机在很多方面有重大突破。在沟通纳米发电机中，氧化锌线被固定在衬底上，避免了与电极的冲突，然后进步了发电机的稳定性和寿数； 更重要的是，电极与氧化锌线空隙巨细的严苛需求在此新式发电机中不复存在，因而降低了发电机的制作工艺难度和本钱；与纤维发电机比较，沟通纳米发电机克服 了不行遇水的弊病；如果把很多的氧化锌线集成在同一个衬底上，其输出功率可进一步大幅进步；沟通纳米发电机还能够被容易地封装在弹性材猜中，这就大大拓展 了它的作业环境和使用规模。　　“沟通纳米发电机是纳米电源研讨方面的一个重大突破。”王中林说：“在环境机械能的变换和输出方面，这一新式发电机供给了 一个崭新的办法和技能，并将纳米发电机朝向实践使用推进了一大步。”