Наногенераторы изготавливаются путем размещения проводящего металлического электрода поверх массива наностержней ZnO. Для функционированиянаногенератора необходимо наличие контакта Шоттки. Когда внешняя сила прикладывается к верху электрода, она также прикладывается к наностержням, заставляя их сжиматься. В результате сжатия возникает пьезоэлектрическое напряжение. Структура полупроводник-металл между наностержнями ZnO и электродом формирует контакт Шоттки.
Принципиальная схема наногенератора
Существуют различные разновидности наногенераторов, например, генератор на кевларовых волокнах.
Керамические и полупроводниковые подложки жесткие и непригодны для использования в живых средах, поэтому необходимо использовать проводящий полимер в качестве подложки. В этом есть ряд преимуществ:
- рост массивов наностержней ZnO при температурах ниже 80 oC уменьшает издержки на производство наностержней,
- большой выбор гибких пластиковых подложек для роста массивов наностержней ZnO, которые могут сыграть важную роль в создании гибких и портативных устройств для генерации низкочастотной энергии (10 Hz) из окружающей среды, например из передвижения человека.
Электрод заменяется массивом металлических наностержней. Металлические стержни придают механическую деформацию наностержням ZnO и собирают индуцированный заряд. Металлические стержни созданы из покрытых золотом стержней ZnO, выращенных на кевларовом волокне. Золото напылено так как необходимо создать контакт шоттки. Спутывание двух волокон, одного покрытого золотом, а второго без покрытия – это принцип работы наногенератора на волокнах.
a)Схематическое изображение наногенератора. Нижняя часть сделана из нанострежней ZnO, а другая часть из металлических наностержней
(b) СЭМ изображение, показывающеераспределение наностержней, выращенных на поверхности волокна.
(c) Изображение пары переплетенных волокон, одно покрыто золотом (темное на изображении)
(d) СЭМ изображение двух волокон покрытых наностержнями (верхнее покрыто золотом).
(e) Пьезоэлектрический потенциал двуволоконного наногенератора (при наличии и отсутствии внешней силы на верхнем электроде)
Таже сущесвует наногенератор, где наностержень ZnO закреплен на гибкой подложке с двух сторон. Механическим приводом создается изгиб подложки, и энергия генерируется вследствие механической деформации. Финальный радиус закругления подложки 2 см, это намного больше, чем длина самого наностержня.
Наногенератор с горизонтальным расположением наностержня ZnO