具有异质结结构的柔性纳米发电机、其利记博彩app及用图
【技术领域】
[0001]本发明涉及纳米发电机技术领域，尤其涉及一种具有异质结结构的柔性纳米发电机、其利记博彩app及用途。
【背景技术】
[0002]随着社会的发展，人类一直致力于发展新型可靠的清洁能源，现在掌握的比较成熟的发电方式有风能发电、太阳能发电、水力发电、地热发电、核能发电等。这些发电方式是在宏观上的、大区域的供电，而在小尺度上利用能源发电的还非常少。基于小尺度上的纳米发电机，对于便携式和可穿戴式的电子器件将会在未来具有较大的应用前景。纳米发电机可将周围的机械能转化为电能，使人们在行走中、工作中、休息中，都能随时随地的利用自身机械能转化的电能使例如手机等便携式的电子器件工作，并且无污染，这将会在人类活动上具有很大的应用前景。从2006年，首次研制出ZnO纳米线阵列的纳米发电机，开辟了能源转化和应用的新理念。随后又研制出了直流、交流以及纳米棒、纳米管等不同结构的纳米发电机。他们利用氧化锌半导体性质和压电性质，在纳米尺度内将周围环境中的机械能转化为电能，其中可利用的机械能包括机械振动、肌肉拉伸、血液流动等能量。但是由于纳米发电机的输出性能较小，无法应用于生活中，目前还不能真正实现器件的微型化的自供型驱动能源。
[0003]中国专利申请CN201110253998.2公开了一种异质结结构的纳米发电机及其制造方法，该压电式纳米发电机包括η型ZnO纳米棒阵列、P型低阻硅纳米凹槽阵列、导电衬底、封装层和引线。这种发电机可以收集周围环境中的机械能，该申请专利采用的是η型ZnO纳米棒与P型低阻硅纳米凹槽两者间形成ρ-η结异质结结构，实现电流的单向导通。但是该纳米发电机的制作方案较为复杂，存在着输出性能、发电机的稳定性等问题，且该纳米发电机的衬底选用氧化铟锡导电玻璃(ITO)材料，该衬底材料柔韧性较差，无法应用于可穿戴式的电子器件中，使纳米发电机的应用受限制。
【发明内容】
[0004]本发明主要解决现有技术的纳米发电机的结构和制作较为复杂、制作成本较高、稳定性差以及应用受限制的技术问题，提出一种在柔性衬底上由异质结整流效应实现的直流压电纳米发电机及其制造方法，本发明所制备的利用柔性衬底且具有n-ZnO/p-CuO异质结结构的纳米发电机将会在输出性能方面做出较大提高，而以柔性材料作为衬底将使纳米发电机具有良好的可弯折性，有利于应用于可穿戴式的电子器件中，真正实现器件微型化的自供型驱动能源。
[0005]本发明提供了一种具有异质结结构的柔性纳米发电机，包括:依次层叠设置的第一柔性衬底、第一电极、籽晶层、第一纳米结构、第二纳米结构、第二电极和第二柔性衬底；
[0006]所述第一纳米结构为η型的ZnO纳米线阵列；
[0007]所述第二纳米结构为P型的CuO阵列、Cu2O阵列、N1阵列或Co3O4阵列；
[0008]所述第一纳米结构和第二纳米结构的接触区域形成ρ-η异质结。
[0009]进一步的，所述第一柔性衬底和第二柔性衬底包括印刷用纸、书写纸、纤维制品或PET0
[0010]进一步的，所述第一电极和第二电极的材料包括金属、合金或导电的非金属材料。[0011 ]进一步的，所述籽晶层的材料为ΖηΟ。
[0012]对应地，本发明还提供了一种具有异质结结构的柔性纳米发电机的利记博彩app，包括:
[0013]步骤I，在第一柔性衬底上制作第一电极，并在第二柔性衬底上制作第二电极；
[0014]步骤2，在第一电极上生长籽晶层；
[0015]步骤3，在籽晶层上生长第一纳米结构；
[0016]步骤4，在第一纳米结构上生长第二纳米结构；
[0017]步骤5，在第二纳米结构上覆盖镀有第二电极的第二柔性衬底，并使第二电极与第二纳米结构接触。
[0018]进一步的，采用低温水溶液法在籽晶层上生长第一纳米结构，所述第一纳米结构为η型的ZnO纳米线阵列。
[0019]进一步的，采用低温水溶液法在第一纳米结构上生长第二纳米结构，所述第二纳米结构为P型的CuO阵列、Cu2O阵列、N1阵列或Co3O4阵列。
[0020]对应地，本发明还提供了一种具有异质结结构的柔性纳米发电机作为可穿戴自供电设备的供电装置的用途。
[0021]本发明提供的一种具有异质结结构的柔性纳米发电机、其利记博彩app及用途，制备柔性异质结结构的纳米发电机的工艺简单，成本低廉，并且可实现大规模的生长。由于采用纸等柔性材料作为衬底，成本大大降低，同时制作的纳米发电机具有良好的可弯折性，采用异质结结构，能有效的减少发电机内部的载流子浓度，使其具有高输出性能和稳定性，这对于在实现个人微型化器件以及自驱动系统方面具有良好的应用前景。同时在氧化锌纳米线上包覆一层氧化铜化合物，该包覆层包覆在氧化锌纳米线的顶端和周围，在使用外力下压纳米发电机使纳米线弯曲时起到了缓冲作用，并且加强了纳米线与第一电极的接触，从而提高了纳米发电机的稳定性。同时，由于ZnO材料具有环保、安全、无毒的特性，所以本发明第一纳米结构的材料选择η型的ZnO，使本实施例的柔性纳米发电机可以与人体皮肤接触，应用范围更广、应用不受限制。
[0022]本发明制备的柔性纳米发电机具有良好的可弯折性和高输出性，在实现个人微型化器件和自驱动电源方面具有很好的应用前景，例如可应用于穿戴式设备。
【附图说明】
[0023]图1为本发明具有异质结结构的柔性纳米发电机的结构示意图；
[0024]图2为本发明具有异质结结构的柔性纳米发电机的制备方法的实现流程图；
[0025]图3a_d为本发明具有异质结结构的柔性纳米发电机的制备方法对应的结构图；
[0026]图4为ZnO纳米线阵列的SEM图像；
[0027]图5为CuO纳米结构的SEM图像；
[0028]图6为n-ZnO/p-CuO纳米结构的XRD衍射谱；
[0029]图7为本发明具有异质结结构的柔性纳米发电机的电流信号输出示意图。
[0030]图中附图标记指代的技术特征:1、第一柔性衬底;2、第一电极;3、籽晶层;4、第一纳米结构;5、第二纳米结构;6、第二电极;7、第二柔性衬底。
【具体实施方式】
[0031]为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
[0032]图1为本发明具有异质结结构的柔性纳米发电机的结构示意图。如图1所示，本发明实施例提供的具有异质结结构的柔性纳米发电机包括:依次层叠设置的第一柔性衬底1、第一电极2、籽晶层3、第一纳米结构4、第二纳米结构5、第二电极6和第二柔性衬底7;所述第一纳米结构4和第二纳米结构5的接触区域形成ρ-η异质结;所述第一纳米结构4为η型的ZnO纳米线阵列，垂直生长在籽晶层上。所述第二纳米结构5为P型的CuO阵列、Cu2O阵列、MO阵列或Co3O4阵列等。在本实施例中第二纳米结构为P型的CuO阵列，该阵列生长在η型的氧化锌阵列上，与其形成嵌套结构；相互嵌套的氧化锌和氧化铜在接触的地方形成Ρ-η异质结，形成耗尽区，因此在ρ-η异质结内可形成内电场，能有效的减少自由电子与空穴的复合，增加载流子浓度，提高输出性能。由于ZnO材料具有环保、安全、无毒的特性，所以本发明第一纳米结构的材料选择η型的ΖηΟ，使本实施例的柔性纳米发电机可以与人体皮肤接触，应用范围更广、应用不受限制。另外，所述籽晶层的材料为ΖηΟ，在第一电极2和第二电极6加上引线，可作为纳米发电机的电流、电压输出端。
[0033]在上述方案中，所述第一柔性衬底I和第二柔性衬底7可以为印刷用纸、书写纸、纤维制品或PET (polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二酯)。本发明的衬底为柔性，且可从低成本的柔性材料中选择，能够使本发明的纳米发电机具有良好的可弯折性和高输出性，同时大大降低制作成本。所述第一电极2和第二电极6的材料包括金属、合金或导电的非金属材料，选自金、银、铀、招、镍、铜及其合金中的一种。
[0034]本发明的具有异质结结构的柔性纳米发电机的工作原理:氧化锌和氧化铜接触的地方形成n-ZnO/p-CuO的异质结结构，产生耗尽区，能够有效的减少自由载流子的复合，增加载流子的浓度。在外界施加压力时，异质结结构的压电纳米发电机中的氧化锌纳米线阵列与氧化铜阵列能够产生相对位移，并且使氧化锌纳米线阵列受力弯曲产生压电电荷，形成压电电势，在压电电势的驱动下，电子会产生流动；当释放压力时，产生的压电电势消失，累积的压电电荷在外电路流动，形成电流，使其由机械能转化为电能对外输出。
[0035]图2是本发明具有异质结结构的柔性纳米发电机的制备方法的实现流程图。如图2所示，本发明实施例提供的方法包括:
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