Keywords: Matrius nanowire de ZnO, generació de corrent, microscopi de força atòmica conductora ZnO nanowire arrays, current generation, conductive atomic force microscope Matrices de nanocables ZnO, generación actual, microscopio de fuerza atómica conductiva
Title in different languages: In Situ Observation of Current Generation in ZnO Nanowire Based Nanogenerators Using a CAFM Integrated into an SEM
Subject areas: Química Chemistry Química
Confidenciality: No
Academic year: 2018-2019
Work's codirector: Lanza Martinez, Mario
Student: Wen, Chao
Department: Enginyeria Electrònica, Elèctrica i Automàtica
Work's public defense date: 2019-07-03
Project director: Llobet Valero, Eduard
Abstract: Els generadors d’energia piezoelèctrica són sistemes prometedors que proporcionen energia als dispositius electrònics inalàmbrics perquè puguin obtenir energia mecànica del medi ambient. En les darreres dècades, els nanogeneradors piezoelèctrics basats en nanofils d’òxid de zinc (ZnO), han atret molt l’atenció per la seva petita mida i alta densitat de corrent. Tanmateix, l’origen dels corrents generats a partir dels nanofils de ZnO encara no està clar. En aquesta tesi, caracteritzem sistemàticament la generació de corrent en nanofils de ZnO mitjançant un cap de microscopi de forces atòmiques amb conductora (CAFM) muntat a la cambra d’un microscopi electrònic d’escaneig (SEM). Aquesta configuració ens pot ajudar a controlar el procés de flexió dels nanofils de ZnO i a registrar la informació in situ del corrent generat al mateix temps. Trobem que els corrents generats durant la flexió dels nanofils de ZnO no només provenen de l’efecte piezoelèctric, sinó també del potencial de contacte i dels efectes triboelèctrics. Atès que en treballs anteriors s'ha ignorat el potencial de contacte i l'efecte triboelèctric, l'eficiència de conversió de potència dels nanogeneradors piezoelèctrics podria haver estat sobreestimada. El nostre treball ajuda a entendre millor el mecanisme de treball dels nanogeneradors piezoelèctrics basats en nanofils de ZnO. D'altra banda, aquesta configuració és molt útil per a altres estudi in situ de materials nanoestructurats en el futur. Piezoelectric energy generators are promising systems which provide power for wireless electronic devices because they can harvest mechanical energy from the environment. In the last decades, piezoelectric nanogenerators such as zinc oxide (ZnO) nanowire‐based nanogenerators have attracted much attention due to their small size and high current density. However, the origin of currents generated from ZnO nanowire remains unclear. In this report, we systematically characterize current generation in ZnO nanowire using a conductive atomic force (CAFM) microscope head mounted into the scanning electron microscope (SEM) chamber. This set up can help us to monitor the ZnO nanowire bending process and record the in situ information of current generated at the same time. We find that currents generated during ZnO nanowire bending not only come from piezoelectric effect but also from contact potential and triboelectric effect. Since contact potential and triboelectric effect have been ignored in previous work, the power conversion efficiency of piezoelectric nanogenerators has been overestimate. Our work helps to better understand the working mechanism of ZnO nanowire based piezoelectric nanogenerators. Moreover, this setup is very useful for other in situ study of nano‐structured materials in the future. Los generadores de energía piezoeléctrica son sistemas muy prometedores que proporcionan energía a los dispositivos electrónicos inalámbricos, extrayéndola mecánicamente del medio ambiente. En las últimas décadas, los nanogeneradors piezoeléctricos basados en nano-hilos de óxido de zinc (ZnO), han atraído mucho la atención por su pequeño tamaño y alta densidad de corriente. Sin embargo, el origen de las corrientes generadas a partir de los nanohilos de ZnO todavía no está claro. En esta tesis, caracterizamos sistemáticamente la generación de corriente en nano-hilos ZnO mediante un microscopio de fuerzas atómicas con punta conductora (CAFM) montado en la cámara de un microscopio electrónico de escaneo (SEM). Esta configuración nos puede ayudar a controlar el proceso de flexión del nanohilo de ZnO y registrar la información in situ de la corriente generada al mismo tiempo. Encontramos que las corrientes generadas durante la flexión de los nanohilos de ZnO no sólo provienen del efecto piezoeléctrico, sino también del potencial de contacto y de los efectos triboeléctricos. Dado que en trabajos anteriores se ha ignorado el potencial de contacto y el efecto triboeléctrico, la eficiencia de conversión de potencia de los nanogeneradors piezoeléctricos podría haber sido sobreestimada. Nuestro trabajo ayuda a entender mejor el mecanismo de funcionamiento de los nanogeneradors piezoeléctricos basados en nanohilos de ZnO. Por otra parte, esta configuración (CAFM integrado dentro de SEM) es muy útil para otros estudios in situ de materiales nanoestructurados en el futuro.
Subject: Química
Entity: Universitat Rovira i Virgili (URV)
Language: Anglès
Education area(s): Nanociència, Materials i Processos - Tecnologia Química de Frontera
Title in original language: In Situ Observation of Current Generation in ZnO Nanowire Based Nanogenerators Using a CAFM Integrated into an SEM
Creation date in repository: 2021-03-11
Repositori URV