基于等离子技术的纸基 ZnO 自供能传感器与纳米发电机
应用物理
2023-07-24 v2
摘要
纳米发电机与自供能纳米传感器已显示出为低功耗电子器件与人机界面供能的潜力,但其实际应用需要可靠、环保且可扩展的制造与加工工艺。本文提出了一种等离子体合成方法,用于在纸基底上制备压电纳米发电机(PENGs)与自供能传感器。通过等离子体增强化学气相沉积,在室温下使用微波电子回旋共振反应器在普通纸支撑物上沉积多晶 ZnO 纳米柱状薄膜,实现了高生长速率以及低结构与界面应力。应用动力学蒙特卡洛模拟,我们阐明了 ZnO 薄膜特征微观结构与孔隙率背后的基本阴影机制,并将其与对周期性和随机输入的增强压电响应相关联。通过将 ZnO 薄膜嵌入 PMMA 并使用 Au 电极以两种不同构型组装压电器件:横向与纵向接触器件。我们展示了横向连接器件作为力传感器对低频事件的响应,根据阻抗电路(即负载值范围)的不同而对施加力有不同响应,该行为在理论上得到了分析。纵向器件达到高达 80 nW/cm2 的功率密度,平均功率输出为 20 nW/cm2。我们通过风扇与手写激活分析了其实际场景性能。总体而言,本工作展示了实施等离子体沉积制备压电薄膜以开发稳健、柔性、可拉伸且性能增强的纳米发电机及与廉价可回收支撑物兼容的自供能压电传感器的优势。
引用
@article{arxiv.2305.04295,
title = {Paper-based ZnO self-powered sensors and nanogenerators by plasma technology},
author = {Xabier Garcia-Casas and Francisco J. Aparicio and Jorge Budagosky and Ali Ghaffarinejad and Noel Orozco-Corrales and Kostya and Ostrikov and Juan R. Sanchez-Valencia and Angel Barranco and Ana Borras},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.04295},
year = {2023}
}
备注
30 pages, 8 figures in main text