将溶液生长的ZnO纳米棒沉积在柔性石墨烯衍生物电极上制备压电传感器

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:34
文章英文标题
Piezoelectric sensors fabricated by depositing solution-grown ZnO nanorods on flexible graphene-derivative electrodes
正文
高长径比的氧化锌纳米棒( ZnO-NRs )能显著提高机械柔性压电材料的电压输出。本文介绍了一种利用纳米颗粒( NP )种子通过调节反应溶剂极性生长长窄ZnO- NR的通用化学合成工艺。高效的纳米棒( NR )生长方法在反应溶剂中生成大量高长径比的ZnO - NRs。对于超小的NP种子( AVG 10.54 nm,SD 3.69 ),合成过程产生的NRs具有最小的横向生长( AVG 13.92 nm,SD 4.77 )和显著的纵向生长( AVG 150.85 nm,SD 64.93 )。溶液中ZnO- NRs的平均长径比为10.8 ( SD 2.48 )。ZnO- NRs一经合成,与聚二甲基硅氧烷( PDMS )混合,形成薄的柔性压电层/薄膜,将复合高分子材料旋涂在喷墨打印的石墨烯/羧甲基纤维素( G- CMC )叉指电极( IDE )上,形成压电层。然后采用介电泳对准技术在最终聚合物固化前对复合材料中的NR取向进行重新定位。本研究考察并比较了三种不同的压电复合材料:多面体纳米颗粒( ZnO-NP / PDMS )、不取向纳米棒( ZnO-NRNA / PDMS )和取向纳米棒( ZnO-NRA / PDMS ),每种复合材料都沉积在类似的IDE上进行冲击加载和低频机械弯曲测试。在弯曲作用下,NP ZnO-NP / PDMS传感器产生3 ~ 4 mV,而不对准NR ZnO-NRNA / PDMS传感器产生70 ~ 80 mV。相比之下,水平排列的NR ZnO-NRA / PDMS传感器在同样的弯曲条件下产生150 ~ 170 mV。
文章内容(英文)
Zinc oxide nanorods (ZnO-NRs) with high-aspect ratios can significantly enhance the voltage output of mechanically flexible piezoelectric materials. A versatile chemical synthesis process for growing long narrow ZnO-NR from nanoparticle (NP) seeds by regulating the polarity of reaction solvents is introduced in this paper. The efficient nanorod (NR) growth method produces large quantities of high-aspect ratio ZnO-NRs in the reaction solvent. For ultra-small NP seeds (AVG 10.54 nm, SD 3.69), the synthesis process creates NRs with a minimal lateral growth (AVG 13.92 nm, SD 4.77) and significant longitudinal growth (AVG 150.85 nm, SD 64.93). The average aspect ratio of ZnO-NRs in the solution is ∼10.8 (SD 2.48). Once synthesized, the ZnO-NRs are mixed with polydimethylsiloxane (PDMS) to create a thin flexible piezoelectric layer/film. The composite polymer material is spin coated on an inkjet printed graphene/carboxymethyl cellulose (G-CMC) interdigitated electrode (IDE) to form the piezoelectric layer. A dielectrophoretic alignment technique is then used to reposition the NR orientations in the composite prior to final polymer curing. In this study, three different piezoelectric composites are investigated and compared: polyhedral NPs (ZnO-NP/PDMS), non-aligned nanorods (ZnO-NR\u003cSUB\u003eNA\u003c/SUB\u003e/PDMS), and aligned nanorods (ZnO-NR\u003cSUB\u003eA\u003c/SUB\u003e/PDMS). Each composite is deposited on a similar IDE and tested for impact loading and low frequency mechanical bending. Under bending, the NP ZnO-NP/PDMS sensor generated 3–4 mV while the non-aligned NR ZnO-NR\u003cSUB\u003eNA\u003c/SUB\u003e/PDMS sensor produced 70–80 mV. In contrast, the horizontally aligned NR ZnO-NR\u003cSUB\u003eA\u003c/SUB\u003e/PDMS sensor generated 150–170 mV under the same bending conditions.
来源出处
Journal|[J]Flexible and Printed ElectronicsVolume 5, Issue 4. 2020. PP 045006-
DOI
https://doi.org/10.1088/2058-8585/ABCE4B

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