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土木学院力学系胡元太教授团队揭示ZnO纳米发电机因半导体特征而出现的漏电现象

发布者:王琳         发布时间:2017-08-21 16:06         浏览次数:

817日,材料科学及物理学领域TOP期刊Nano Energy IF:12.343)在线刊发了土木学院力学系胡元太教授课题组的最新科研成果:“Exact solutions to the electromechanical quantities inside a statically-bent circular ZnO nanowire by taking into account both the piezoelectric property and the semiconducting performance: Part I--Linearized analysis”(Nano EnergyVol.40Pages 82-872017)。胡元太教授为论文通讯作者,土木学院2015级博士生范帅棋为第一作者。

ZnO纳米发电机的工作原理是当纳米线受力变形时,力电耦合性能会诱导结构出现压电势场,激发电极间产生电势差,从而实现将机械能转换成电能。但是,ZnO同时还具备半导体特征,压电势场的出现不可避免地会使得载流子产生漂移运动和扩散运动或再分布,从而严重影响纳米发电机的输出电压和俘能效率。

该文章首先由静电场无旋性获得ZnO纳米线受力弯曲时的弹性场;再利用高斯定理和电流平衡条件建立了关于载流子浓度的控制方程,由此证明了载流子再分布只会发生在纳米线横截面内;最后,论文分析了同时考虑压电性和半导体特征后ZnO纳米线结构内部的压电势场分布规律。论文中指出,利用ZnO纳米线进行俘能时,载流子再分布会导致结构出现漏电现象,从而严重影响俘能效率。因此,选择相对低的掺杂浓度将有利于提高ZnO纳米发电机的输出电压和俘能效率。该项研究对纳米发电机以及压电电子器件的科学设计与应用具有重要价值。

该工作得到了国家自然科学基金的资助。

论文链接:https://authors.elsevier.com/a/1VYaq7soS7mOCd