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压电式纳米发电机的原理和潜在应用

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王中林[1,2,3]

[1]佐治亚理工学院材料和工程系,亚特兰大 佑治亚州 30332-0245 美国 [2]北京大学工学院先进材料与纳米技术系,北京100871 [3]国家纳米科学中心,北京100080

物理
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国际标准刊号:ISSN 0379-4148
国内统一刊号:CN 11-1957

摘  要:

纤锌矿结构氧化锌纳米线具有半导体性能和压电效应。用导电的原子力显微镜探针针尖去弯曲竖直生长的氧化锌纳米线,在纳米线的内部和外部分别造成压缩和拉伸,这种独特结构导致了弯曲纳米线的内外表面产生反极性的极化电荷,借助半导体性质的氧化锌纳米线和其金属尖部的肖特基势垒将电能暂时储存在氧化锌纳米线内,并可用导电的原子力显微镜探针接通这一电源,向外界输电,从而完美地实现了在纳米尺度上把机械能转化为电能。该纳米发电机的发电效率可以达到17%-30%,此项重要的科学发现将为自发电式纳米器件奠定物理基础。文章介绍了它的工作原理和潜在应用。[著者文摘]

文章出处:

《物理》-2006年35卷11期 -897-903页

Physics

栏目信息:

特约专稿

分 类 号:

TM31

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[参考文献]

Piezoelectric nanogenerators——their principle and potential applications

WANG Zhong-Lin (1 Materials Science and Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA 30332 - 0245, USA; 2 Department of Advanced Materials and Nanotechnology, College of Engineering, Peking University, Beijing 100871, China; 3 National Center for Nanoscience and Technology, Beijing 100080, China)

Abstract:

We have converted nanoscale mechanical energy into electrical energy by means of piezoelectric zinc oxide nanowire arrays. The aligned nanowires are deflected with a conductive atomic force microscope tip in contact mode. The coupling of piezoelectric and semiconducting properties in zinc oxide creates a strain field and charge separation across the nanowire as a result of its bending. The rectifying nature of the Schottky barrier formed between the metal tip and the nanowire leads to electrical current generation. The efficiency of this piezoelectric power generator is estimated to be 17% to 30%. This approach has the potential of converting mechanical, vibrational, and/or hydraulic energy into electricity for powering nanodevices. The basic principles and potential applications are reviewed.[著者文摘]

Key words:

ZnO nanowire, piezoelectricity, nanogenerator, self-powered

收稿日期: 2006-07-22

基金资助:

致谢 作者感谢宋金会对该工作的杰出贡献,也非常感谢郑玉峰教授在翻译和修改本文中所做的大量工作.

作者简介:

Email:zhong.wang@mse.gatech.edu 王中林博士,美国佐治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)终身教授,佐治亚理工学院校董事讲席教授(Regents' Professor),佐治亚理工学院工学院杰出讲席教授(College of Engineering Distinguished Professor),佐治亚理工学院纳米结构表征和器件制造中心主任,中美联合的北京大学工学院先进材料和纳米技术系主任,中国国家纳米科学中心海外主任,中国首批国家自然科学基金海外优秀青年科学家,中国科学院海外杰出学者基金获得者,教育部长江讲座教授,美国物理学会会士(Fellow).曾荣获美国显微镜学会1999年巴顿奖章,佐治亚理工学院2000和2005年杰出研究奖,2005年Sigma Xi学会持续研究奖,2001年S.T.Li奖金.在国际一流刊物上发表了440篇(peer reviewed)论文(其中9篇发表在美国Science和英国Nature),55篇综述和书章节文章,140篇会议论文,10项专利,4本专著和15本编辑书籍.他已被邀请做过400多次学术讲演和大会特邀报告.王中林教授因其对“纳米技术领域的材料科学以及基础发展做出的杰出及持续的贡献”,法国居里夫人大学和法国联合大学(L'Institut Universitaire de France(IUF))曾两次于2003年5月7日和2005年10月12日,以王教授个人的名义举行了专题纳米科技研讨会(a symposium in the honor of Prof.Wang).王教授是从1992-2002十年中纳米科技论文引用次数世界个人排名前25位作者之一.他的学术论文至今已被引用12000次以上.他的论文被引用的H因子(H factor)是54(在过去二十年中,诺贝尔物理奖得主的平均H因子是41).Institute of Scientific Information(ISI)2003年发表的世界纳米科技论进展总评中作为两个重点报道之一报道了王教授纳米带的研究进展.2004年,Science周刊(2004,304:1282)把王教授作为在美国任教的外国人成功的典型进行了专访和报道.更多信息参见其个人网页:http://www.nanoscience.gatech.edu/zlwang/

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