[发明专利]纳米压电发电机及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年1月10日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2012-0003078的权益，其公开内容全部通过引用并入本文。

技术领域

本公开内容涉及纳米压电发电机(nanopiezoelectric generator)及其制造方法。

背景技术

将机械振动转化为电能的压电发电机可用作小型装置和传感器的电源或用作机械振动传感器。

纳米压电电子学(nanopiezotronics)(其为在纳米范围尺度上的压电)近来已被研究。由于应变限制，纳米结构体中的压电效率比体结构体(大体积结构体，bulk structure)中的压电效率高。在体结构体中，由应力导致的应变不仅在其中施加应力的方向上发生，而且在其中未施加应力的方向上发生，而在纳米结构体中，特别地在作为一维(1D)纳米结构体的纳米线中，应变限于其中施加应力的纳米线的纵向方向，由此导致高的压电系数。

近来已积极地研究由其可容易地合成纳米线的材料如ZnO或GaN作为新的纳米压电材料。

发明内容

本文中提供具有改善的压电效率的纳米压电发电机及其制造方法。

根据一个实施方式的方面，提供纳米压电发电机，包括：第一电极和第二电极；至少一个纳米结构体，其形成在所述第一电极和第二电极之间，且包括压电材料和第一载流子(carrier)；及浓度调节单元，其调节所述第一载流子的浓度。

所述至少一个纳米结构体可包括ZnO或GaN。

所述第一电极和第二电极的至少一个可包括具有等于或小于10^-3欧姆·cm的电阻率的硅基底。

所述浓度调节单元可包括第二载流子，其掺杂到所述至少一个纳米结构体中且具有与所述第一载流子的极性相反的极性。所述至少一个纳米结构体可为ZnO半导体纳米线，且所述第二载流子可为p-型杂质。所述p-型杂质可为锂(Li)。

所述浓度调节单元可包括官能团，其附着到所述至少一个纳米结构体的表面且携带具有与所述第一载流子的极性相同的极性的电荷。所述至少一个纳米结构体可为ZnO半导体纳米线，且所述官能团可为带负电的。

所述浓度调节单元可包括涂覆在所述至少一个纳米结构体的表面上的铁电材料。

所述纳米压电发电机可进一步包括基底，其中所述基底可为塑料基底或织物(fabric)基底。

所述至少一个纳米结构体可具有拥有等于或小于1μm的直径的横截面形状。

根据另一实施方式的方面，提供纳米压电发电机，包括：第一电极和第二电极；及至少一个纳米结构体，其形成在所述第一电极和第二电极之间，且包括半导体压电材料和第一载流子，其中所述第一载流子的浓度等于或小于10¹⁵/cm³。

根据另一实施方式的方面，提供纳米压电发电机的制造方法，所述方法包括：在第一电极上形成至少一个纳米结构体，其由压电材料形成且其中包括第一载流子；和调节在所述至少一个纳米结构体中所述第一载流子的浓度。

所述第一电极可包括具有等于或小于10^-3欧姆·cm的电阻率的硅基底。

所述第一载流子的浓度的调节可包括当形成所述至少一个纳米结构体时掺杂具有与所述第一载流子的极性相反的极性的第二载流子。所述至少一个纳米结构体可为ZnO半导体纳米线，其中所述第二载流子可为p-型杂质。所述p-型杂质可为锂(Li)。

所述第一载流子的浓度的调节还可包括将携带具有与所述第一载流子的极性相同的极性的电荷的官能团附着到所述至少一个纳米结构体的表面。所述至少一个纳米结构体可为ZnO半导体纳米线，其中所述官能团可为带负电的。

所述第一载流子的浓度的调节可包括在所述至少一个纳米结构体的表面上涂覆铁电材料。

附图说明

从结合附图考虑的实施方式的下列描述，以上和/或其它方面将变得明晰和更容易理解，在附图中：

图1是说明根据实施方式的纳米压电发电机的透视图；

图2是说明压电电势和ZnO纳米线的直径之间的关系的图；

图3是说明压电电势和在ZnO纳米线中载流子的浓度之间的关系的计算机模拟图；

图4是说明其中锂(Li)掺杂到ZnO纳米线中的情况的图像；

图5是说明Li掺杂到其中的ZnO纳米线的低温光致发光(PL)强度的图；