目 錄
《納米科學(xué)與技術(shù)》叢書序
中文版序
第1章 緒論 1
1.1 納米器件的電源 1
1.2 白驅(qū)動傳感器網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng) 2
1.3 機械能的收集 5
1.4 納米發(fā)電機 6
參考文獻 7
第2章 納米發(fā)電機的基礎(chǔ)材料 8
2.1 氧化鋅的晶體結(jié)構(gòu) 8
2.2 氣固固法生長納米線／納米帶 10
2.3 氣液固方法生長納米線陣列 11
2.4 脈沖激光沉積法制備納米線陣列 13
2.5 化學(xué)法生長納米線陣列 14
2.5.1 基本方法 14
2.5.2 垂直曲線納米線陣列的圖案化生長 18
2.5.3 柔性基底上氧化鋅納米線的生長 19
2.5.4 超細(xì)纖維上生長氧化鋅納米線陣列 20
2.5.5 水平一致取向納米線陣列的圖案化生長 21
2.6 激光圖案化法生長晶網(wǎng)級規(guī)模的納米線陣列 22
2.7 織構(gòu)化氧化鋅薄膜 24
參考文獻 25
第3章 壓電和壓電勢 27
3.1 控制方程 27
3.2 前三階微擾理論 28
3.3 垂直納米線的解析解 30
3.4 橫向彎曲納米線的壓電勢 32
3.5 橫向彎曲納米線的壓電勢洌量 33
3.6 軸向應(yīng)變納米線的壓電勢 34
3.7 摻雜半導(dǎo)體納米線的平衡電勢 38
3.7.1 理論框架 38
3.7.2 考慮摻雜情況下壓電勢的計算 39
3.7.3 摻雜濃度的影響 43
3.7.4 載流子類型的影響 47
參考文獻 48
第4章 納米發(fā)電機的工作原理 49
4.1 垂直一致取向納米線構(gòu)成的納米發(fā)電機 49
4.1.1 壓電納米發(fā)電機的概念 49
4.1.2 電極納米線界面處的肖特基勢壘 50
4.1.3 電荷的產(chǎn)生和輸出過程 52
4.1.4 n型材料納米發(fā)電機的原理 55
4.2 p型材料納米發(fā)電機 57
4.2.1輸出信號的性質(zhì) 57
4.2.2 p型和n型納米線的檢驗標(biāo)準(zhǔn) 59
4.3 基于其他纖鋅礦結(jié)構(gòu)納米線的納米發(fā)電機 61
4.4 基于橫向固定納米線的納米發(fā)電機 62
4.4.1 基本設(shè)計 63
4.4.2 輸出測量 63
4.4.3 納米發(fā)電機的原理 68
4.4.4 線性連接 70
4.4.5 能量轉(zhuǎn)換效率 70
4.4.6 收集生物機械能 72
參考文獻 75
第5章 納米發(fā)電機輸出信號的表征 76
5.1 輸出電流 76
5.2 輸出電壓 78
5.3 總結(jié) 80
參孝文獻 80
第6章 基于垂直納米線陣列的高輸出納米發(fā)電機 81
6.1 超聲驅(qū)動納米發(fā)電機 81
6.1.1 為何采用鋸齒形電極？ 81
6.1.2 工作機理 82
6.1.3 納米發(fā)電機在50 kHz超聲波作用下的輸出 83
6.2 集成的納米尖納米線相向排列方法 84
6.2.1 制備方法 84
6.2.2 工作機理 86
6.2.3 提高性能 88
6.3 端部穩(wěn)固連接的集成化納米發(fā)電機 90
6.3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計 91
6.3.2 工作原理 91
6.3.3 增強的輸出信號 93
6.3.4 白驅(qū)動納米傳感器 94
參考文獻 95
第7章 基于橫向納米線陣列的高輸出納米發(fā)電機 96
7. 1 橫向集成納米發(fā)電機 96
7.1.1 器件制備 97
7.1.2 輸出測量 99
7.2 柔性高輸出納米發(fā)電機 101
7.2.1 原理和制備 101
7.2.2 輸出測量 103
7.2.3 發(fā)電量的存儲 105
7.3 驅(qū)動一個發(fā)光二極管 106
參考文獻 107
第8章 基于非接觸納米線的高輸出納米發(fā)電機 108
8.1 基本設(shè)計 108
8.2 工作機理 109
8.3 常規(guī)輸出 112
8.4 利用納米發(fā)電機來驅(qū)動傳統(tǒng)電子器件 113
8.5 小結(jié) 116
參考文獻 116
第9章 基于纖維的納米發(fā)電機 117
9.1 微纖維納米線復(fù)合結(jié)構(gòu) 117
9.1.1 結(jié)構(gòu)制備 117
9.1.2 纖維納米發(fā)電機的制備 119
9.1.3 工作機理 121
9.1.4 輸出測量 121
9.1.5 性能提高 124
9.1.6 小結(jié) 124
9.2 壓力驅(qū)動的柔性纖維納米發(fā)電機 125
9.2.1 纖維上徑向織構(gòu)氧化鋅薄膜的生長 125
9.2.2 纖維納米發(fā)電機的工作原理 127
9.2.3 空氣壓力驅(qū)動的纖維納米發(fā)電機 127
9.2.4 呼吸驅(qū)動的納米發(fā)電機／傳感器 129
9.2.5 作為壓力傳感器的手腕脈搏驅(qū)動納米發(fā)電機 129
9.2.6 小結(jié) 131
參考文獻 132
第10章 收集多種類型能量的復(fù)合電池 133
10.1 收集太陽能和機械能的復(fù)合電池 133
10.1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計 134
10.1.2 工作機理 135
10.1.3 輸出表征 136
10.2 同時收集生物機械能和生物化學(xué)能的復(fù)合電池 139
10.2.1 基于PVDF納米發(fā)電機 140
10.2.2 利用生物燃料電池來收集生物化學(xué)能 142
10.2.3 復(fù)合型生物化學(xué)和生物機械納米發(fā)電機 143
10.2.4 利用復(fù)合型電池來驅(qū)動一個納米傳感器 145
參考文獻 146
第11章 自供能傳感器與系統(tǒng) 147
11.1 白驅(qū)動系統(tǒng)的原理 147
11.2 納米發(fā)電機的設(shè)計 149
11.3 使用超級電容器進行電荷存儲 151
11.4 白驅(qū)動光傳感器與系統(tǒng) 152
11.5 白驅(qū)動環(huán)境傳感系統(tǒng) 155
參考文獻 157
附錄 王中林教授研究組2006~2011年間在納米發(fā)電機和壓電電子學(xué)領(lǐng)域發(fā)表的期刊論文 158