Growth of Aligned Sb- and Ga-doped Zinc Oxide Nanorod Arrays using Hydrothermal for Triboelectric Nanogenerators

論文翻譯標題: 應用水熱法成長銻和鎵摻雜氧化鋅奈米棒陣列於奈米摩擦發電機之研究
  • 陳 幸男

學生論文: Doctoral Thesis

摘要

本研究主要應用水熱法摻雜銻和鎵不同導電性種類跟一系列載子濃度氧化鋅奈米棒陣列於奈米摩擦發電機,探討奈米棒內部載子濃度和表面電子濃度等因素來連繫奈米摩擦發電機的效能。文獻提到Thermionic Model被用來解釋摩擦時電子轉移行為。對奈米摩擦發電機效能,Fermi-Dirac Distribution Probability Function會是關鍵因素。預期摻雜氧化鋅奈米棒會影響奈米摩擦發電機效能。 首先,將成?地成長未摻雜及一系列銻摻雜(p-type)載子濃度1015 ~ 1018 cm-3氧化鋅奈米棒陣列跟帶摩擦負電性聚二甲基矽氧烷(PDMS,Poly(dimethylsiloxane))組裝元件,以接觸分離模式施加應力互相對壓。其元件輸出短路電流密度(或開路電壓)隨摻雜濃度增加而略微上升,從未摻雜2 0 × 10-8 A/cm2至最高摻雜濃度1 1 × 10-7 A/cm2接近一個order增加,同時跟帶摩擦正電性nylon互相對壓來量測摩擦輸出。導電原子力顯微鏡證實摻雜後氧化鋅為p-type,因電洞密度多於電子密度為p-type特性,直覺地、會減少元件摩擦效能。但是,表面分析X-ray光電子光譜顯示奈米棒表面蘊含豐富Sb+3離子;紫外光電子光譜分析表面電子結構為n-type特性。從表面電子能帶圖往下彎曲來解釋摩擦靜電荷轉移為p-type氧化鋅表面提供電子給PDMS。 另一部分,成長未摻雜及一系列鎵摻雜(n-type)載子濃度1014 ~ 1018 cm-3氧化鋅奈米棒陣列跟PDMS同樣以相同施力模式對壓摩擦。其元件輸出短路電流密度(或開路電壓)隨著摻雜濃度增加而上升,從未摻雜1 3 × 10-9 A/cm2至最高載子濃度1 2 × 10-7 A/cm2 改善約兩個order,也跟帶摩擦正電性nylon互相對壓來量測摩擦輸出。光致螢光光譜儀顯示摻雜後氧化鋅光學能隙些微寬化,是為Burstein-Moss效應。X-ray光電子光譜解釋鎵原子取代鋅位置導致氧離子化學位移偏移;紫外光電子光譜顯示Valence Band Maximum和Work Function隨載子濃度增加而增大跟減小。能帶圖描述表面能帶從最初朝上反轉至平坦甚至些微下彎來解釋摻雜氧化鋅表面提供電子給PDMS。
獎項日期2020
原文English
監督員Chuan-Pu Liu (Supervisor)

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