[發(fā)明專利]具有異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的柔性納米發(fā)電機、其制作方法及用途

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610224147.8
• 申請日: 2016-04-08
• 公開（公告）號: CN105655477A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王珍珍;邱宇;趙艷秋;裴俊樂;劉驍麟;王清漪
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01L41/113
• 分類號: H01L41/113;H01L41/22;H02N2/18;B82Y40/00
• 代理公司: 大連星海專利事務(wù)所 21208
• 代理人: 裴毓英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米發(fā)電機技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的柔性納 米發(fā)電機、其制作方法及用途。

背景技術(shù)

隨著社會的發(fā)展，人類一直致力于發(fā)展新型可靠的清潔能源，現(xiàn)在掌握 的比較成熟的發(fā)電方式有風能發(fā)電、太陽能發(fā)電、水力發(fā)電、地熱發(fā)電、核 能發(fā)電等。這些發(fā)電方式是在宏觀上的、大區(qū)域的供電，而在小尺度上利用 能源發(fā)電的還非常少。基于小尺度上的納米發(fā)電機，對于便攜式和可穿戴式 的電子器件將會在未來具有較大的應(yīng)用前景。納米發(fā)電機可將周圍的機械能 轉(zhuǎn)化為電能，使人們在行走中、工作中、休息中，都能隨時隨地的利用自身 機械能轉(zhuǎn)化的電能使例如手機等便攜式的電子器件工作，并且無污染，這將 會在人類活動上具有很大的應(yīng)用前景。從2006年，首次研制出ZnO納米線 陣列的納米發(fā)電機，開辟了能源轉(zhuǎn)化和應(yīng)用的新理念。隨后又研制出了直流、 交流以及納米棒、納米管等不同結(jié)構(gòu)的納米發(fā)電機。他們利用氧化鋅半導(dǎo)體 性質(zhì)和壓電性質(zhì)，在納米尺度內(nèi)將周圍環(huán)境中的機械能轉(zhuǎn)化為電能，其中可 利用的機械能包括機械振動、肌肉拉伸、血液流動等能量。但是由于納米發(fā) 電機的輸出性能較小，無法應(yīng)用于生活中，目前還不能真正實現(xiàn)器件的微型 化的自供型驅(qū)動能源。

中國專利申請CN201110253998.2公開了一種異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的納米發(fā)電機 及其制造方法，該壓電式納米發(fā)電機包括n型ZnO納米棒陣列、p型低阻硅 納米凹槽陣列、導(dǎo)電襯底、封裝層和引線。這種發(fā)電機可以收集周圍環(huán)境中 的機械能，該申請專利采用的是n型ZnO納米棒與p型低阻硅納米凹槽兩者 間形成p-n結(jié)異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)電流的單向?qū)ā５窃摷{米發(fā)電機的制作 方案較為復(fù)雜，存在著輸出性能、發(fā)電機的穩(wěn)定性等問題，且該納米發(fā)電機 的襯底選用氧化銦錫導(dǎo)電玻璃(ITO)材料，該襯底材料柔韌性較差，無法應(yīng)用 于可穿戴式的電子器件中，使納米發(fā)電機的應(yīng)用受限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要解決現(xiàn)有技術(shù)的納米發(fā)電機的結(jié)構(gòu)和制作較為復(fù)雜、制作成 本較高、穩(wěn)定性差以及應(yīng)用受限制的技術(shù)問題，提出一種在柔性襯底上由異 質(zhì)結(jié)整流效應(yīng)實現(xiàn)的直流壓電納米發(fā)電機及其制造方法，本發(fā)明所制備的利 用柔性襯底且具有n-ZnO/p-CuO異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的納米發(fā)電機將會在輸出性能方 面做出較大提高，而以柔性材料作為襯底將使納米發(fā)電機具有良好的可彎折 性，有利于應(yīng)用于可穿戴式的電子器件中，真正實現(xiàn)器件微型化的自供型驅(qū) 動能源。

本發(fā)明提供了一種具有異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的柔性納米發(fā)電機，包括：依次層疊 設(shè)置的第一柔性襯底、第一電極、籽晶層、第一納米結(jié)構(gòu)、第二納米結(jié)構(gòu)、 第二電極和第二柔性襯底；

所述第一納米結(jié)構(gòu)為n型的ZnO納米線陣列；

所述第二納米結(jié)構(gòu)為p型的CuO陣列、Cu₂O陣列、NiO陣列或Co₃O₄陣列；

所述第一納米結(jié)構(gòu)和第二納米結(jié)構(gòu)的接觸區(qū)域形成p-n異質(zhì)結(jié)。

進一步的，所述第一柔性襯底和第二柔性襯底包括印刷用紙、書寫紙、 纖維制品或PET。

進一步的，所述第一電極和第二電極的材料包括金屬、合金或?qū)щ姷姆墙? 屬材料。

進一步的，所述籽晶層的材料為ZnO。

對應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種具有異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的柔性納米發(fā)電機的制作 方法，包括：

步驟1，在第一柔性襯底上制作第一電極，并在第二柔性襯底上制作第二電 極；

步驟2，在第一電極上生長籽晶層；

步驟3，在籽晶層上生長第一納米結(jié)構(gòu)；

步驟4，在第一納米結(jié)構(gòu)上生長第二納米結(jié)構(gòu)；

步驟5，在第二納米結(jié)構(gòu)上覆蓋鍍有第二電極的第二柔性襯底，并使第二電 極與第二納米結(jié)構(gòu)接觸。

進一步的，采用低溫水溶液法在籽晶層上生長第一納米結(jié)構(gòu)，所述第一 納米結(jié)構(gòu)為n型的ZnO納米線陣列。

進一步的，采用低溫水溶液法在第一納米結(jié)構(gòu)上生長第二納米結(jié)構(gòu)，所 述第二納米結(jié)構(gòu)為p型的CuO陣列、Cu₂O陣列、NiO陣列或Co₃O₄陣列。

對應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種具有異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的柔性納米發(fā)電機作為可 穿戴自供電設(shè)備的供電裝置的用途。