1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Российские нанотехнологии
  4. T. 19, № 2, 2024

Российские нанотехнологии, 2024, T. 19, № 2, стр. 162-168

Легированные азотом углеродные нанотрубки как перспективный материал для создания пьезоэлектрических наногенераторов

М. В. Ильина 1, *

1 Южный федеральный университет, Институт нанотехнологий, электроники и приборостроения
Таганрог, Россия

* E-mail: mailina@sfedu.ru

Поступила в редакцию 29.01.2024
После доработки 29.01.2024
Принята к публикации 13.02.2024

Аннотация

Разработка миниатюрных автономных источников питания для персональной электроники и интернета вещей является одной из актуальных задач современной науки. Перспективным направлением в этой области является питание таких устройств за счет сбора и преобразования механической энергии окружающей среды в электрическую. Исследована возможность легированных азотом углеродных нанотрубок (N-УНТ) преобразовывать и накапливать механическую энергию в электрическую для создания пьезоэлектрических наногенераторов. Показано, что N-УНТ в условиях постоянного вибрационного шума генерируют поверхностный потенциал и соответствующий ему ток величиной ~33 нА на протяжении всего времени воздействия без тенденции к снижению величины тока. Установлено, что на границах боковой стенки N-УНТ с бамбукообразными перемычками формируется потенциальный барьер, что позволяет накапливать пьезоэлектрический заряд, индуцируемый в процессе деформации нанотрубок, и открывает широкие возможности для создания миниатюрного источника питания на их основе, объединяющего в себе возможность преобразования и накопления механической энергии окружающей среды.

Список литературы

  1. Xu S., Qin Y., Xu C. et al. // Nat. Nanotechnol. 2010. V. 5. P. 366. https://doi.org/10.1038/nnano.2010.46

  2. Matsunaga M., Hirotani J., Kishimoto S. et al. // Nano Energy. 2020. V. 67. P. 104297. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.104297

  3. Gogurla N., Kim S. // Adv. Energy Mater. 2021. 2100801. https://doi.org/10.1002/aenm.202100801

  4. Wang Z.L. // Nano Energy. 2020. V. 68. P. 104272. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.104272

  5. Liang X., Hu S., Shen S. // Smart Mater. Struct. 2017. V. 26. P. 035050. https://doi.org/10.1088/1361-665X/26/3/035050

  6. Hu D., Yao M., Fan Y. et al. // Nano Energy. 2019. V. 55. P. 288. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2018.10.053

  7. Wu C., Wang A.C., Ding W. et al. // Adv. Energy Mater. 2019. V. 9. P. 1802906. https://doi.org/10.1002/aenm.201802906

  8. Lopez Garcia A.J., Mouis M., Consonni V. et al. // Nanomaterials. 2021. V. 11. P. 941. https://doi.org/10.3390/nano11040941

  9. Guo W., Tan C., Shi K. et al. // Nanoscale. 2018. V. 10. P. 17751. https://doi.org/10.1039/c8nr05292a

  10. Il’ina M.V., Il’in O.I., Guryanov A.V. et al. // J. Mater. Chem. C. 2021. V. 9. P. 6014. https://doi.org/10.1039/d1tc00356a

  11. Il’ina M., Il’in O., Osotova O. et al. // Carbon. 2022. V. 190. P. 348. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.01.014

  12. Il’na M.V., Soboleva O.I., Polyvyanova M.R. et al.// Nanobiotechnology Reports. 2023. V. 18. P. 858. https://doi.org/10.1134/S2635167623600487

  13. Kundalwal S.I., Meguid S.A., Weng G.J. // Carbon. 2017. V. 117. P. 462. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2017.03.013

  14. Il’ina M.V., Soboleva O.I., Rudyk N.N. et al. // J. Adv. Dielectr. 2022. P. 2241001. https://doi.org/10.1142/S2010135X22410016

  15. Il’ina M.V., Osotova O.I., Rudyk N.N. et al. // Diam. Relat. Mater. 2022. V. 126. P. 109069. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2022.109069

  16. Hill F.A., Havel T.F., Livermore C. // Nanotechnology. 2009. V. 20. P. 255704. https://doi.org/10.1088/0957-4484/20/25/255704

  17. Hill F.A., Havel T.F., Lashmore D. et al. // Proc. Power MEMS. 2011. P. 185.

  18. Hill F.A., Havel T.F., Hart A.J. et al. // J. Micromech. Microeng. 2010. V. 20. P. 104012. https://doi.org/10.1088/0960-1317/20/10/104012

  19. Il’ina M.V., Khubezhov S.A., Polyvianova M.R. et al. // Quantum Beam Sci. 2023. V. 7. P. 25. https://doi.org/10.3390/qubs7030025

  20. Bulyarskiy S.V., Bogdanova D.A., Gusarov G.G. et al. // Diam. Relat. Mater. 2020. V. 109. P. 108042. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2020.108042

  21. Sumpter B.G., Meunier V., Romo-Herrera J.M. et al. // ACS Nano. 2007. V. 1. P. 369. https://doi.org/10.1021/nn700143q

  22. Il’ina M.V., Il’in O.I., Smirnov V.A. et al. // Scanning Probe Techniques for Characterization of Vertically Aligned Carbon Nanotubes / Ed. Tański T. At. Microsc. Its Appl., IntechOpen, Croatia, 2019. P. 49. https://doi.org/10.5772/intechopen.78061

  23. Il’ina M., Il’in O., Blinov Y. et al. // Materials. 2018. V. 11. P. 638. https://doi.org/10.3390/ma11040638

  24. Агеев О.А., Ильин О.И., Коломийцев А.С. и др. // Российские нанотехнологии. 2012. Т. 7. № 1–2. С. 54.

  25. Chang C.C., Hsu I.K., Aykol M. et al. // ACS Nano. 2010. V. 4. P. 5095. https://doi.org/10.1021/nn100946q

  26. Gui G., Li J., Zhong J. // Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2008. V. 78. P. 1. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.78.075435

  27. Wu W., Wang Z.L. // Nano Lett. 2011. V. 11. P. 2779. https://doi.org/10.1021/nl201074a

  28. Wu W., Wen X., Wang Z.L. // Science. 2013. V. 340. P. 952. https://doi.org/10.1126/science.1234855

  29. Zhu H., Wang Y., Xiao J. et al. // Nat. Nanotechnol. 2015. V. 10. P. 151. https://doi.org/10.1038/nnano.2014.309

  30. Wang Z.L. // Nano Today. 2010. V. 5. P. 540. https://doi.org/10.1016/j.nantod.2010.10.008

  31. Агеев О.А., Ильин О.И., Рубашкина М.В. и др. // ЖТФ. 2015. Т. 85. С. 100.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Российские нанотехнологии

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал