ZnO复合纳米结构的电化学法制备及在纳米发电机中的应用

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1、工程硕士学位论文ZnO复合纳米结构的电化学法制备及在纳米发电机中的应用作者姓名郑祥忠工程领域集成电路工程校内指导教师耿魁伟副研究员校外指导教师刘伟俭高级工程师所在学院电子与信息学院论文提交日期2018年4月ElectrochemicalPreparationofZnOcompositeNanostructureandItsApplicationinNanogeneratorsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhengXiangzhongSupervisor：

2、Prof.GengKuiweiSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TN4学校代号：10561学号：201521010428华南理工大学硕士学位论文ZnO复合纳米结构的电化学法制备及在纳米发电机中的应用作者姓名：郑祥忠指导教师姓名、职称：耿魁伟副研究员申请学位级别：工程硕士工程领域名称：集成电路工程论文形式：ꇶ产品研发ꇶ工程设计ꇶ应用研究ꇶ工程/项目管理ꇶ调研报告研究方向：半导体材料与器件论文提交日期：年月日论文答辩日期：年月日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期

3、：年月日答辩委员会成员：主席：委员：摘要ZnO是一种常见的直隙半导体功能材料，压电特性好，电导率高。MnO2具有高理论比电容，较强储存电荷能力，但是电导率低。因此结合ZnO和MnO2的优点就能制备出具有压电特性好、电导率高、理论比电容高、电荷储存能力较强的复合型纳米器件。本文采用电化学阳极氧化法，以锌箔作阳极，Ag/AgCl作参比电极，Pt电极作阴极，氢氟酸乙二醇混合溶液作电解质溶液制备ZnO纳米棒。电化学阳极氧化法与电化学阴极沉积法不同，纳米材料在阳极由锌原子直接生长获得，这样处理的目的是纳米材料和基底之间结合更紧密牢靠。实验

4、中锌箔既作电极又作反应基底，通过调节工艺参数实现ZnO纳米材料的可控增长，成功制备ZnO纳米棒阵列。通过掺杂MnSO来优化制备出4直径高达500nm左右的ZnO纳米棒，比优化前纳米棒直径高出大约4倍。使用硫酸锰和六次甲基四胺的混合溶液以ZnO纳米棒作基底成功生长出片叶状的ZnO-MnO2复合纳米材料。对制备出的纳米ZnO和ZnO-MnO2复合纳米材料做扫描电显微镜(SEM)，能谱仪(EDS)，X射线衍射(XRD)表征以及电学性能分析。-本论文深层次解释纳米棒在电解池阳极生长获得机理：氢氧基团提供OH传输通道2到阳极和阻止Zn离

5、开阳极最终在阳极生成纳米材料的本质。本论文还解释以ZnO纳米棒作基底生长ZnO-MnO2复合纳米材料是ZnO纳米棒被腐蚀后ZnO-MnO2同步混合生长的本质。本论文制作测试直立式纳米发电机性能的装置，用以实现在测试直立式纳米发电机性能时可以控制拍击频率和拍击力度的大小并且可以保持恒定，同时还能够测出直立式纳米发电机的寿命。使用制备出的ZnO-MnO2纳米复合材料制备直立式复合式纳米发电机，用可控测试直立式纳米发电机性能装置对直立式复合式纳米发电机进行压力响应、频率响应、负载响应、功率响应，充电特性测试。根据测试结果可知复合式直立

6、式纳米发电机的输出电压随拍击力度增大而增大，随拍击频率增大先增大后减小的规律，复合式纳米发电机作为电源的内电阻大约10MΩ。纳米发电机的输出功率达到456mW/m2，在经典电源输出功率公式基础上修正得到直立式复合式纳米发电机输出功率的半经验公式。关键词：电化学阳极氧化法；ZnO-MnO2复合纳米材料；直立式复合式纳米发电机；可控测试直立式纳米发电机测试装置IAbstractZincoxide(ZnO)isacommonstraight-gapsemiconductormultifunctionalmaterialinelectr

7、onicdevices,duetoitsgoodpiezoelectricproperties,electrochemicalactivityandelectricalconductivity.MnO2,owingtothetheoreticalspecificcapacitance,isabletostoremuchcharge,butitspoorconductivity.Therefore,combiningwiththeadvantagesofZnOandmanganesedioxide(MnO2),Ipreparedc

8、ompositenanodevices,withgoodpiezoelectricproperties,goodelectricalconductivity,hightheoreticalspecificcapacitance,andstrongchargest