استفاده از نانوسیم‌های GaN به عنوان نانوژنراتورهای پیزوالکتریکی

تاریخ : ۱۷ مرداد ۱۳۹۵

تعداد بازدید : ۳۰۴۱

0 امتیاز از 0 رای
نسخه چاپی
موضوعات :

از نانوسیم‌های GaN به‌ طورمعمول در کاربردهایی همچون LED و لیزر استفاده می‌شود. به‌تازگی محققان فرانسوی از این نانوسیم‌ها به‌عنوان ژنراتورهای پیزوالکتریکی استفاده کرده‌اند. این گروه تحقیقاتی ادعا می‌کنند که این ژنراتورهای پیزوالکتریکی در مقایسه با نمونه‌های ZnO متداول کارامدتر هستند.

ژنراتورهای پیزوالکتریکی ابزارهای ارزشمندی هستند که انرژی مکانیکی ناشی از ارتعاشات و تغییرشکل‌های موجود در محیط را جذب می‌کنند و آن را به انرژی الکتریکی مفید تبدیل می‌کنند. گوگنیاو یکی از محققان مرکز نانوعلوم و نانوفناوری ( CNRS ) در پاریس است که بر روی عملکرد پیزوالکتریکی نانوسیم‌های GaN تحقیق کرده است. در حالیکه اکثر تحقیقات در این زمینه بر روی نانوساختارهای ZnO متمرکز است، اما به تازگی مشخص شده است که نانوسیم‌های GaN می‌توانند خصوصیات پیزوالکتریکی بزرگتری داشته باشند.
گوگنیاو می‌گوید:« در مورد GaN می‌توانیم به مقادیر چند صد میلی‌آمپر به ازای نانوسیم دست یابیم، در حالیکه برای نانوسیم‌های ZnO حداکثر جریان حاصله بین 45 و 80 میلی‌آمپر به ازای نانوسیم است.» صرف‌نظر از این مزیت مهم و عمده، تا کنون مطالعات در مورد GaN بر روی کاربردهای LED و لیزر متمرکز بوده است و بنابراین در مقایسه با نانوسیم‌های Zno توجه کمتری به پتانسیل GaN به عنوان ژنراتورهای پیزوالکتریکی شده است.
گوگنیاو و همکارانش در CNRS و دانشگاه پاریس به تازگی یک آنالیز چند-مقیاسی از عکس‌العمل ساختارهای GaN ( از نانوسیم‌های مجزا گرفته تا آرایش‌های ادغام یافته در ابزارهای میکروسکوپی) را گزارش داده‌اند. گوگنیاو می‌گوید:« به دلیل اینکه مکانیسم پیزوالکتریکی نانوسیم‌های GaN را درک کرده‌ایم، اکنون می‌توانیم ابزارهای بسیار کارامدتری را طراحی کنیم. این ابزارها دارای دانسیته خروجی mV/Cm3 7/12 هستند که از آنها می‌توان برای نیروبخشیدن به ابزارهای الکترونیکی همچون ایمپلنت‌های پزشکی بهره برد.»
علاوه‌براین روش‌های متداول برای رشد نانوسیم‌های GaN منجر به تولید ساختارهایی با N-قطبیت می‌شود و بنابراین تحت فشار یک پتانسیل مثبت ایجاد می‌شود و این بر خلاف نانوساختارهای ZnO است. انتخاب بین قطبیت‌های ناهمسو برای بهینه‌سازی طراحی ابزار برای کاربردهای ویژه بسیار مفید و کاربردی است.
به‌عنوان یک زمینه تحقیقاتی نسبتاً جدید، گزارشات عکس‌العمل پیزوالکتریکی نانوسیم‌ها نیازمند آنالیزها و تجزیه و تحلیل‌های بسیار دقیق هستند. گوگنیاو می‌افزاید:« محققان از واحدهای یکسانی استفاده نمی‌کنند و بنابراین مقایسه نتایج با یکدیگر بسیار مشکل است. همچنین ما نیروی پیزوالکتریکی تولید شده را بر اساس یک میزان مقاومت اندازه‌گیری کردیم که البته افراد مختلف همیشه از یک میزان مقاومت یکسان استفاده نمی‌کنند.» تیم تحقیقاتی به منظور کنترل و رصد دقیق نیروها از یک میکروسکوپ نیروی اتمی استفاده کردند و به این ترتیب پتانسیل‌های تولید شده را اندازه‌گیری کردند.
نانوسیم‌های GaN نسبت به نمونه‌های ZnO نرم‌تر هستند و در جریان‌های نسبتاً پایین هم دچار خمیدگی می‌شوند و سبب نشت بار می‌شوند و در نتیجه از عکس‌العمل پیزوالکتریکی جلوگیری می‌کنند. برای رفع این مشکل، تیم تحقیقاتی همه نانوسیم بغیر از قسمت اندکی از بالای نانوسیم را با HSQ پوشش دادند و به این ترتیب از خم‌شدن آن جلوگیری کردند. همچنین این محققان یک لایه از AlN را بر روی بستر سیلیکونی (111) رشد دادند و به این ترتیب از تشکیل لایه SiN که شدیداً عایق است و کارامدی ابزار را کاهش می‌دهد، جلوگیری کردند.
در حال حاضر این محققان در صدد بهینه‌سازی طراحی ابزار به منظور بهبود ظرفیت تبدیل پیزوالکتریک نانوسیم‌ها و بهبود کارامدی تبدیل هستند. مشخص شده است که نانوسیم‌های نازک‌تر دارای ضریب پیزوالکتریکی بالاتری هستند.

منبع : http://nanotechweb.org/cws/article/tech/65455

نظر شما