Piezoelectric Nanowires for Energy Harvesting [Romanian]

Original in English by Horacio Dante Espinosa

Nanofire piezoelectrice pentru recoltă energiei

La nivel de macroscară, recoltarea de energie prin utilizarea materialelor piezoelectrice este o zonă matură, în care sistemele comerciale au ajuns déjà pe pieţe. Conversie de la energie mecanică la electrică, şi vice-versa, permite filtrararea energiei din aşa surse, cum ar fi mişcările corpului. Recent, sisteme de recoltare a energiei folosind nanofire semiconductoare au fost propuse în literatura de specialitate. Aceste sisteme promit multe, deoarece este posibil ca proprietăţile îmbunătăţite ale materialelor la scara nanometrica (rezultate din efectele de suprafaţă şi deformări mult mai mari decât la frectură în mulţime) ar putea duce la o mai mare eficienţă de conversie şi propune cîteva ordinuri de magnitudine de cantitate mai mare de energie recoltată pe unitate de volum de energie recoltată decât aceasta se poate efectua în mulţime. Cu toate acestea, ca şi în multe alte aplicatii ce folosesc nanomateriale, înţelegerea fundamentală a proprietăţilor componentelor individuale este încă în fază sa incipientă. O astfel de înţelegere este esenţială pentru a evalua fezabilitatea şi potenţialul acestor tehnologii emergente. În acest context, noi am efectuat simulări recent care demonstrează faptul că coeficienţii piezoelectrice din nanofire semiconductoare de GaN şi ZnO cresc aproape în două ordine de mărime la scara nanometrică.

ng_qmcalc

Calcule mecanicii cuantice efectuate de noi arată că coeficienţii piezoelectrici de nanofire de GaN şi ZnO cresc în mod semnificativ în comparaţie în mulţime pe ce dimensiunea nanofirelor scade. GaN arată o creştere de aproximativ două de ordine de magnitudine.

ne_ng_nwstr

ne_ng_IVcur

Prin impunerea simultană a deformării mecanice şi monitorizarea proprietăţilor electrice noi caracterizăm cuplare electromecanică în nanofire semiconductoare individuale.

În prezent, noi suntem interesaţi în caracterizarea experimentală a acestui effect de dimensiune piezoelectricită. Pentru acest scop, am dezvoltat un dispozitiv MEMS pentru caracterizarea electromecanică a nanomaterialelor.

În prezent, noi suntem interesaţi în caracterizarea experimentală a acestui effect de dimensiune piezoelectricită. Pentru acest scop, am dezvoltat un dispozitiv MEMS pentru caracterizarea electromecanică a nanomaterialelor.

Aparatul are capacitatea de a efectua caracterizarea electrică a nanostructurilor de două puncte, în timp ce exercitării deformării mecanice simultane. Acest lucru este ideal pentru a caracteriza proprietăţi piezoelectrice, care sunt elementele-cheie în recoltarea energiei cu folosirea nanofirelor. Împreună cu instrumente electrice de caracterizare contemporane, această suită de instrumente oferă capacităţi fără precedent pentru a investiga proprietatile fundamentale electrice şi mecanice la scara nanometrică.

Noi am efectuat, de asemenea, studii experimentale pentru a măsura piezoelectricitate la un singur nivel de nanofire. Am folosit forţa microscopică a piezorăspunsului (sau PFM, de la eng. piezoresponse force microcopy) pentru a caracteriza efectul piezoelectric 3D în nanofire singure de GaN. Rezultatele au aratăt împuternicirea de piezoelectricitate în nanofire de pînă la şase ori în comparaţie cu aceleaşi comparaţii în mulţime. Aceste rezultate evedenţiază aplicaţii ale acestor nanofire în nanogeneratoare pentru recoltarea de energie.

Personal

  • HD Espinosa (PI)
  • T. Filleter (Postdoc)
  • M. preliminar (Postdoc)
  • R. Bernal (absolvent)

ne_ng_pfm

Nanofire singure de piezoelectricitate ce folosesc forţa microscopică a piezorăspunsului.

Publicații

ok ok