Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис. 1. Схема проведения эксперимента по непосредственному измерению пьезоэлектрических свойств титаната бария. На вкладке показано SEM изображение эксперимента.
Рис. 2. Типичный отклик титаната бария на приложение прямоугольной периодической нагрузки (сигнал с усилителя)
Рис. 3. Эквивалентная схема механической нагрузки и поведения нанопроволоки титаната бария.
Рис. 4. Сравнение измеренного сигнала усилителя при пиложении периодической нагрузки (черный график) и теоретической зависимости (красный) при приложении периодической нагрузки.

"Супернанопьезоэлектрогенератор"

Ключевые слова:  периодика, пьезоэлектрики

Опубликовал(а):  Уточникова Валентина Владимировна

08 октября 2007

В связи с миниатюризацией создаваемых устройств до микро- и даже наноразмеров появляется необходимость и в создании наноразмерных пьезоэлектриков. Недавно способность к генерации электричества была успешно продемонстрирована на нанопроволоках ZnO и GaN. Однако их пьезоэлектрические константы достаточно низки, что заставляет искать для этих целей другие материалы, например, титанат бария BaTiO3 и титанат-цирконат свинца (PTZ), у которых пьезоэлектрические константы высоки.

Для исследования пьезоэлектрических свойств нанонитей титаната бария к монокристаллическому образцу прикладывали растягивающее напряжение. При периодическом изменении механического напряжения, генерируемого с помощью прецизионной аппаратуры, наблюдалось периодическая генерация электрического напряжения. Измеренное электрическое напряжение оказалось пропорциональным прилагаемой нагрузке. Этот эффект был объяснен с помощью эквивалентной электрической схемы.

Для более детального изучения пьезоэлектрических свойств необходимо более контролируемо прилагать механическую нагрузку. Это и было исследовано группой ученых во главе с Zhaoyu Wang на примере титаната бария. Напряжение создавалось с помощью миниатюрного устройства нанометрового разрешения, а электрическое напряжение измерялось с помощью высокочувствительного датчика с быстрым откликом. Для измерений использовалась схема, изображенная на рис. 1, состоявшая из двух кремниевых баз, между которыми оставался зазор порядка 3 μм. Нанопроволока титаната бария помещалась словно мостик над этим зазором. При этом одна из баз покоилась, а другая приводилась в движение с помощью обычной пьезоэлектрической каретки. Измерения проводили в вакууме.

На рис. 2 показана типичная кривая отклика титаната бария при приложении периодического воздействия с помощью пьезоэлектрической каретки. Видно, что материал реагирует на внезапное изменение механической нагрузки. Как при увеличении, так и при уменьшении нагрузки после скачка напряжения виден спад. Аналогичная зависимость видна и при других амплитудах входного сигнала.

Эквивалентная схема, с помощью которой можно объяснить полученные данные, приведена на рис. 3. С ее помощью было показано, что зависимость выходного сигнала от времени выглядит как

Vout(t)=gCaVnw(t)exp(-t/ta),

где g - коэффициент усиления, ta - характерное время. Сопоставление этих данных с экспериментальными результатами (рис. 4) показывает хорошее совпадение.

Кроме демонстрации возможности прямого изучения пьезоэффекта для нанообъектов в работе показана возможность использования перовскитных пьезоэлектрических нанопроволок в энергосберегающих системах. Энергосберегающие системы – это устройства, направленные на аккумуляцию и хранение энергии. Часто они используют солнечную энергию, океанские приливы и отливы, а также пьезоэлектричество. Таким образом, способность пьезоэлектриков генерировать электрический ток при механической деформации является перспективной при создании таких устройств для использовании как в промышленности, так и в военных целях.

Уточникова Валентина


Источник: Nano Letters




Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Графен отдыхает. Максен (MXene) пришел на замену
Графен отдыхает. Максен (MXene) пришел на замену

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Графеновые маски выходят на борьбу с Covid 19. Графен губит вирусы. Сенсор для противотуберкулезного препарата. Взаимодействие Дзялошинского-Мории и механическая деформация. Скирмионы займутся растяжкой?

Ученые разработали технологию трехмерной печати генно-инженерных конструкций для направленной регенерации костных тканей
Группа российских ученых разработала оригинальную технологию трехмерной печати персонализированных изделий из биоактивной керамики и создала персонализированные ген-активированные имплантаты. Проведен комплексный физико-химический и биохимический анализ экспериментальных образцов ген-активированных материалов и персонализированных имплантатов для инженерии и направленной регенерации костных тканей, полученных с использованием технологий трехмерной печати, включая доклинические исследования на крупных животных.

Ученые из ИОФ РАН осуществили лазерный перенос графена
Исследователи из Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН (ИОФ РАН) напечатали «смятый» графен на кремниевой подложке, используя метод лазерно-индуцированного прямого переноса. Этот относительно простой процесс может заменить трудоемкие литографические способы создания гарфеновых структур в перспективных устройствах микроэлектроники.

Академия - университетам
Е.А.Гудилин, Ю.Г.Горбунова, С.Н.Калмыков
Российская Академия Наук и Московский университет во время пандемии реализовали пилотную часть проекта "Академия – университетам: химия и науки о материалах в эпоху пандемии". За летний период планируется провести работу по подключению к проекту новых ВУЗов, институтов РАН, профессоров РАН, а также по взаимодействию с новыми уникальными лекторами для развития структурированного сетевого образовательного проекта "Академия - университетам".

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2020
Коллектив авторов
Защиты выпускных квалификационных работ (квалификация – бакалавр материаловедения) по направлению 04.03.02 - «химия, физика и механика материалов» на Факультете наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова состоятся 16, 17, 18 и 19 июня 2020 г.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2020 году
коллектив авторов
2 - 5 июня пройдут защиты магистерских диссертаций выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.