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[专家学者] 中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林

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发表于 2017-10-16 09:14:06 | 显示全部楼层 |阅读模式
       王中林﹐1982毕业于西北电讯工程学院(现名西安电子科技大学)﹐并于同一年考取中美联合招收的物理研究生(CUSPEA)。1987 年获亚利桑那州立大学物理学博士, 从师于国际电子显微学权威 John Cowley 教授。王博士现是佐治亚理工学院终身校董事讲席教授,Hightower终身讲席教授,工学院杰出讲席教授和纳米结构表征中心主任。他是中国科学院北京纳米能源与系统研究所首席科学家.
       王教授是中国科学院外籍院士和欧洲科学院院士。王教授荣获了美国显微镜学会 1999年巴顿奖章﹐佐治亚理工学院2000和2005年杰出研究奖﹐2005年Sigma Xi 学会持续研究奖,2001年S.T.Li奖金(美国)﹐2009年美国陶瓷学会Purdy奖,2011年美国材料学会奖章(MRS Medal), 2012年美国陶瓷学会Edward Orton Memorial 奖. 美国自然科学基金会CAREER基金﹐中国首批国家自然科学基金会海外优秀青年科学家基金,中国科学院海外杰出学者基金获得者。他是英国Manchester大学名誉教授,教育部 “长江”特聘讲座教授,台湾国立清华大学晶元讲座教授和名誉讲座教授。他是科学院半导体所名誉教授, 科学院化学所名誉教授,中山大学名誉教授,华中师范大学名誉教授,南京航天航空大学名誉教授,兰州大学名誉教授,天津大学名誉教授,西安电子科技大学名誉教授,中南大学,西安交通大学名誉教授。他成功地组织和担任过二十五次学术会议的主席。王教授是美国物理学会fellow, 美国科学发展协会(AAAS) fellow,美国材料学会 fellow,美国显微学会fellow。
        王教授已在国际一流刊物上发表了900篇期刊论文(其中十篇发表在美国《科学》,三篇发表在《自然》期刊上;六篇发表在《自然》子刊上)﹐45篇书章节﹐100项专利,7本专著和23余本编辑书籍和会议文集。他已被邀请做过800多次学术讲演和大会特邀报告。他的学术论文已被引用67,000次以上。他论文被引用的H因子(h-index)是126。他是世界上在材料和纳米技术论文引用次数最多的前五位作者之一。王教授在当今世界最杰出的科学家排名榜上第25名 (http://superstarsofscience.com/scientists).
       王中林是国际纳米科技领域具有重要学术影响的科学家。他的研究具有原创性,前瞻性和引领性。他在电子显微学和纳米科学方面有多项国际重要影响力的原创性和开创性研究成果, 其中包括反射电子能量损失谱,表明等离子体激发,电子的非弹性散射理论,透射显微镜中纳米材料的力学和电学性能的原位测量技术,纳米氧化锌的生长和控制,纳米发电机,压电电子学,压电光电子学,纳米传感等。最近十年的主要工作可以总结如下:
       第一,  纳米能源技术和自驱动纳系统技术。王中林研究小组2006年首次发明了纳米发电机,2007年成功首次研发出由超声波驱动的可独立工作的直流纳米发电机,2008年研发出可以利用衣料来实现发电的“发电衣”的原型发电机。今年他们的纳米发电机给出了3伏的输出电压并驱动了LED,首次实现了自驱动的纳米系统。纳米发电机的原理是利用压电效应所产生的电场来驱动外电路电子的瞬时流动。这一发明依赖于压电效应和半导体效应的巧妙结合,通过纳米材料构成的器件来收集人体运动、肌肉收缩,血液流动等所产生的能量;并将这些能量转化为电能提供给纳米器件,从而让纳米器件或纳米机器人实现能量自供。他把纳米发电机从科学发现推向工程技术并正在迈向微系统应用。该研究已成为国际纳米科技在微型能源研究领域的热点。纳米发电机的发明可能将在能源、生物医学、国防、以及人们日常生活等众多领域产生影响。纳米发电机的发明,被中国两院院士评为2006年度世界科学十大科技进展之一;2008年,被英国《物理世界》评选为世界科技重大进展之一;2009年,《MIT Technology Review》评选为十大创新技术之一;《Science Watch》在有关能源和燃料的一刊中重点报道了王教授发明纳米发电机的过程和重大意义;英国《新科学家》期刊把纳米发电机评为在未来十到三十年以后可以和手机的发明具有同等重要性和影响的十大重要技术之一。美国自然科学基金会2007年向总统和国会申请2008年65亿美元研究经费的前沿总结里第一条重大研究成果(Research that benefits the nation一栏)就是王中林的纳米发电机。纳米发电机的发明和研发走出了一条从基础科学到工程设计再到工业技术“一条龙”的研究路线。王中林这种研究思维和实践在世界范围都是少见的。
       第二,  创立压电电子学和压电光电子学。王中林基于纳米级压电和半导体性能的巧妙耦合提出了纳米压电电子学 (nanopiezotronics)的概念,即利用压电效应所产生的电场来调制和控制载流子运动的原理来制造新型的器件,首次制造出压电场效应三级管,压电二极管,压电调控的逻辑运算电路。在传统的场效应晶体管中,外加的电压场效应开关调控了半导体中电流的方向。压电电子学这种新型纳米逻辑器件的开关场则是由通过氧化锌纳米线的机械变形来产生的晶体内部场,它可以取代传统金属氧化物半导体(CMOS)器件中栅极电压的作用,从而可以调控载流子的运动。CMOS晶体管的研究致力于高速运算,与之互补,新型纳米压电逻辑器件适用于低频应用领域,可广泛应用于纳米机器人、纳米机电系统、微机电系统、微流体器件中。调控这类逻辑器件的信号应力可以是简单的按钮动作,也可由液体流动、肌肉的伸缩或机器人部件的运动所产生。被国际著名纳米科学期刊《Nature-Nanotechnology》称为压电电子效应,《Chemical & Engineering News》等十多家专业学会期刊都报道了和介绍了由他所开拓的这一新的领域。
       第三,  氧化锌纳米材料的合成,表征,生长机理和应用。王中林十年来持之以恒 地进行氧化锌纳米结构的研究,在低维纳米材料的可控生长和应用上走出了一条扎扎实实的探索之路,使的氧化锌成为除碳纳米管和硅纳米线外纳米技术中一大材料体系。他关于氧化锌纳米带的发现的《Science》文章,成为十年来世界在材料领域引用最多的论文之一,单篇引用达3700次,被国际科学引文机构 (ISI) 2003 年发表的世界纳米科技进展总评中两个重点报道之一,报道了王教授有关纳米带的研究进展。王中林有关氧化锌纳米结构的研究连续两次荣登每三年一期的美国纳米科技进展报告的封面。他发表在《Science》上关于世界上最小的可以称单个病毒质量的“纳米秤”的论文,被美国物理学会评为1999年在纳米科技方面的重大进展之一。他同时发展的在透射显微镜中进行纳米力学测量的方法已得到了广泛的应用。
       王中林不仅在学术论文方面被国际同行广为引用,而且他的学术专著也受到国际学术界高度评价。他的专著《Elastic and Inelastic Scattering in Electron Diffraction and Imaging》被《American Scientists》评论为“具有卓越成就和极高价值的经典之作”。剑桥大学讲座教授Humphresy评价“这是一部杰出和全面的书…如果你想研究电子在晶体中的散射和理解在电镜照片后面的深层理论解释,那你一定要阅读这本书”。他的另一部专著《Reflection Electron Microscopy and Spectroscopy for Surface Analysis》被英国《Analysis》杂志和美国材料学会会刊评论为“反射电子显微学唯一的和必读教材”。这两部著作被诺贝尔奖得主加州理工Zewail教授在他近期发表在Science和Nature上的多篇文章中分别引用。他 1998 年和康振川博士合着的《Functional and Smart Materials》被 Science 和 Physics Today  评论为“有关智能材料唯一的和最前沿的书籍”。最近他的力作“Nanogenerators for self-powered devices and systems”已通过网络免费发行,并出版了《自驱动系统中的纳米发电机》专著,它将对未来的微能源技术和自驱动型微传感系统起到极大的引领和推动作用。今年,他将出版《压电电子学和压电光电子学》的开山之作。
       王中林热爱祖国,多年积极参与祖国的教育、科研事业的发展.自1992年以来长期推进中美科技、教育的交流和发展并切实展开全方位的合作,鼎力帮助扩大中国科技界在国际科学舞台的知名度和影响力,并为国内培养、锻炼和输送了一批优秀的科研工作者。在过去18年中,他往返中美间达140个来回,培养了100多位分布在中国,台湾和美国的华人学生,学者,博士后和教授等优秀人才。自2004年,他竭力推动佐治亚理工学院和北京大学的联合办学。他是北大工学院先进材料和纳米技术系的共同创始人和2006-2009年期间的首任系主任。他是北京大学和佐治亚理工学院联合办学的最早发起人和主要组织者,并首次开辟了中国和国外联合博士学位的先例。王中林曾任武汉光电国家实验室(筹)海外主任和国家纳米科学中心海外主任。通过担任长江讲座教授,和清华的师生建立了多年的科研合作关系。王中林担任过二十五余次在国内举办的国际大会的主席和组织者.

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发表于 2018-3-7 09:20:49 | 显示全部楼层
最近,美国佐治亚理工学院校董教授王中林院士与H. Jerry Qi教授课题组合作,博士生邓佳楠,博士后匡晓和博士生刘瑞远利用新型塑料vitrimer聚合物制备了一种可以收集生物机械能和探测生物运动信号的摩擦纳米发电机(VTENG)。通过将导电银纳米线网络嵌入到基于热动力双硫键骨架的vitrimer聚合物中,该装置实现了能量收集,信号传感和自修复的独特性能。器件的损伤可以通过结构中的动态化学键在热刺激下得到快速修复,同时也能够实现小面积器件到大面积器件的拼接以及二维到三维的折叠转化。实验不仅展示了VTENG作为柔性、可自修复的压力传感器和生物机械能收集装置,也实现了输出性能随着器件拼接规模增加而增长。与其他类型的柔性发电装置相比,这种器件又具有更长的使用寿命和设计兼容性,是功能聚合物在柔性电子器件中的有效应用。该研究成果以 Vitrimer Elastomer-Based Jigsaw Puzzle-Like Healable Triboelectric Nanogenerator for Self-Powered Wearable Electronics为题,发表在近期的Advanced Materials上 (DOI: 10.1002/adma.201705918)。

VTENG的制备过程和基本电学输出性能

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发表于 2018-4-1 09:45:56 | 显示全部楼层
内置摩擦纳米发电机的光催化降解气相VOCs过滤器

由易挥发性有机污染物(VOCs)引起的室内空气污染已经严重影响人们的身体健康,使哮喘与慢性支气管炎病患加重。高浓度的VOCs(> 3 mg/m3)能够使人产生不适的感觉,甚至中毒。研究人员研发出多种技术来净化室内的污染气体,例如高效粒子空气过滤器(HEPA)、聚合物纳米纤维过滤器、活性炭吸附剂。尽管以上技术能够一定程度上除去VOCs,但是仍然存在一定的缺点。另一种较为常用的过滤技术是基于强静电场的静电吸附技术,该方法能够高效地捕集悬浮颗粒物,但强电场会增加电能消耗,极强的电场还会电离氧气产生臭氧,引起室内二次污染。

内置摩擦纳米发电机的光催化降解气相VOCs过滤器

内置摩擦纳米发电机的光催化降解气相VOCs过滤器


自摩擦纳米发电机(TENGs)发明以来,该技术就应用于各种微纳系统的能量捕集器件。通过捕集生活环境或者自然环境中的多种机械震动,TENGs将其转化为电能,可直接应用于电池充电、点亮LED或者直接驱动机电器件。而基于摩擦运动诱导可产生具有极强吸附能力的静电场,TENGs也可以用作过滤器来过滤空气中的颗粒物。和传统的静电吸附技术相比,基于TENGs的过滤技术具有更高效、无电能消耗和无臭氧产生等优点。另一方面,光催化是一种绿色环保解决环境问题的新技术。光激发所产生的具有强氧化还原性的电子-空穴对在催化剂颗粒表面发生自由基反应,可以实现液相或气相有机污染物的高效分解矿化。由于编织TENGs所用的材料是多变的,可以很容易实现将光催化技术与TENGs器件整合在一起,使TENGs具有光催化性能。因此,TENGs技术和光催化技术的结合能够发展成为一种新的能够高效降解室内VOCs自驱动的过滤方法。

上海师范大学李和兴课题组与中科院北京纳米能源与系统研究所王中林课题组合作,将表面镶嵌Pt/P25的聚合物包裹的不锈钢丝编织成过滤网络结构,通过一种有效接触面积为60 cm2的单电极摩擦纳米发电机(SE-TENG),在作为终端的过滤网络上诱导出电压强度为1100 V的静电场。SE-TENG在过滤器件上所产生的强电场能高效捕获空气中的微粒物。作者利用罗丹明B雾化气流作为演示,在SE-TENG的驱动下,1 min内器件局域位置的吸附量与没有SE-TENG驱动时15 min内的吸附量相当,证明该器件具有增强的自驱动吸附作用。同时,SE-TENG在器件上所诱导的静电场可显著提升过滤器件光催化降解污染物的能力,实现了在单个过滤器件上同时增强自驱动吸附和TENG增强光催化的双重效应。最后,该网格过滤器应用于室内甲醛气体的降解时,在SE-TENG的驱动下,光催化降解甲醛的效率在相同的时间内提升了一倍。这项工作将自驱动电化学拓展至光催化领域,开辟了室内净化污染物的新方法。

这一成果近期发表在ACS Nano上,文章的第一作者是上海师范大学的硕士研究生冯亚伟,由陈翔宇青年研究员、卞振锋教授、李和兴教授和王中林院士共同指导完成。

该论文作者为:Yawei Feng, Lili Ling, Jinhui Nie, Kai Han, Xiangyu Chen, Zhenfeng Bian, Hexing Li, Zhong Lin Wang
Self-Powered Electrostatic Filter with Enhanced Photocatalytic Degradation of Formaldehyde Based on Built-in Triboelectric Nanogenerators
ACS Nano, 2017, 11, 12411, DOI: 10.1021/acsnano.7b06451

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发表于 2018-4-28 08:25:56 | 显示全部楼层

王中林于1987年获得亚利桑那州立大学博士学位。他是乔治亚理工学院材料科学与工程及董事会教授的Hightower主席、国际顶尖纳米科学家、能源技术专家,中国科学院外籍院士,欧洲科学院院士,佐治亚理工学院终身教授,中国科学院北京纳米能源与系统研究所所长,中国科学院大学纳米科学与技术学院院长。

王中林在国际一流刊物上发表了1100篇期刊论文,150项专利,5本专著和20余本编辑书籍和会议文集。已被邀请做过900多次学术讲演和大会特邀报告。发表论文已被引用173000次以上,H因子146。他是世界上在材料和纳米技术论文引用次数最多的前五位作者之一。

王中林团队的主要研究工作主要集中在以下几个方向:第一,纳米能源技术和自驱动纳系统技术。纳米发电机的原理是利用压电效应所产生的电场来驱动外电路电子的瞬时流动。第二,王中林基于纳米级压电和半导体性能的巧妙耦合提出了纳米压电电子学 (nanopiezotronics)的概念,即利用压电效应所产生的电场来调制和控制载流子运动的原理来制造新型的器件,首次制造出压电场效应三级管,压电二极管,压电调控的逻辑运算电路。第三,氧化锌纳米材料的合成,表征,生长机理和应用。

近年来,王中林团队结合自身对于自驱动电子系统的技术优势,将其与柔性可穿戴设备的需求结合,开发了一系列可以进行自驱动的多功能柔性可穿戴设备。

图1展示了一种用于制造纺织品平面微型超级电容器的简单而新颖的方法,并且可能将其并入到服装中。值得注意的是,这里展示的器件具有出色的机械耐用性和电化学稳定性,即使在严重的弯曲和扭曲条件下也是如此。

基于纺织品的微型超级电容器(MSC)的制造

基于纺织品的微型超级电容器(MSC)的制造

图1 基于纺织品的微型超级电容器(MSC)的制造

图2展示了由机械柔性和可伸展的传感器网络组成的电子皮肤,可以通过各种感觉检测,量化各种刺激以模拟人体感觉系统,具有触觉,热/冷和皮肤疼痛的感觉受体和神经通路。这个系统在类人机器人,新的假肢,人机界面和健康监测技术方面有着更广泛的应用。

皮肤启发高伸缩性和舒适矩阵网络

皮肤启发高伸缩性和舒适矩阵网络

图2 皮肤启发高伸缩性和舒适矩阵网络。


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发表于 2018-5-4 08:24:40 | 显示全部楼层

两纳米超短沟道的压电电子学晶体管


由于短沟道效应,Sub-5 nm硅(Si)基场效应晶体管的制造是非常困难的。随着沟道长度的减小,CMOS器件不仅受到小尺寸的制造技术的限制,而且还受到一些基本的物理学原理如漏电场,电介质的击穿等限制。为了突破5纳米节点晶体管的限制,研究人员探索研究了基于碳纳米管、半导体纳米线以及二维过渡金属化合物等材料的场效应晶体管,但这些器件的工作仍然依赖于外部栅极电压的调控机制。如果这种情况不能继续下去,这可能意味着摩尔定律的终结。

Sub-5 nm硅(Si)基场效应晶体管

Sub-5 nm硅(Si)基场效应晶体管

王中林院士于2006年利用氧化锌纳米线受应力时产生的压电电势来调控场效应晶体管的载流子输运特性,即后来所说的的压电电子学晶体管,并且首次提出了压电电子学的概念。压电电子学晶体管是一种利用完全不同于传统CMOS器件工作原理的新型器件。这种器件利用金属-压电半导体界面处产生的压电极化电荷(即压电电势)作为栅极电压来调控晶体管中载流子的输运特性,并且已经在具有纤锌矿结构的压电半导体材料中得到了广泛证实。这种具有二端结构的晶体管不仅创新地利用界面调控替代了传统的外部沟道调控,并且有可能打破沟道宽度的限制。


近日,在中科院北京纳米能源与系统研究所所长,佐治亚理工学院校董教授王中林院士和西安电子科技大学秦勇教授的指导下,王龙飞博士、刘书海和殷鑫博士等研究成员制备了一种新型的、沟道只有~2 nm的超薄氧化锌压电电子学晶体管,首次将压电电子学效应引入到二维超薄非层状压电半导体材料中。该工作系统地研究了二维超薄氧化锌垂直方向上的压电特性,利用金属-半导体界面处产生的压电极化电荷(即垂直方向上的压电电势)作为栅极电压有效地调控了该器件的载流子输运特性,并且通过将两个超薄压电电子学晶体管串联实现了简易的压力调控的逻辑电路。这项研究证实了压电极化电荷在超短沟道中“门控”效应的有效性,该器件不需要外部栅电极或任何其它在纳米级长度下具有挑战性的图案化工艺设计。这项研究成果开辟了压电电子学效应在二维非层状压电半导体材料的研究,并且在人机界面、能源收集和纳米机电系统等领域具有潜在的应用前景。相关研究成果以 “Ultrathin Piezotronic Transistors with 2 nm Channel Lengths”发表在ACS Nano上 (DOI: 10.1021/acsnano.8b01957)。 (来源:中国科学院北京纳米能源与系统研究所



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发表于 2018-5-12 08:49:35 | 显示全部楼层
2018年4月初,研究人员根据全球科学家在Google学术搜索引文数据库中的数据,对h-指数大于100的2610名科学家进行排名,而近日,团队又仅针对纳米科学与纳米技术对1808位相关(已公开谷歌学术信息)的科学家的h-指数(≥20)进行排名。

本次纳米领域的排名中,王中林院士居世界首位,在纳米领域各类排名中华人再次占据榜首!h-指数199,被引频次161538。



王中林教授致力于氧化锌纳米结构的研究,其关于氧化锌的发现成为十年来世界在材料领域引用最多的论文之一,单篇引用达3200次,被国际科学引文机构(ISI)在2003年发表的世界纳米科技进展总评中列为两个重点报道之一。近年来,王中林组致力于蓝色能源,发表了多篇举世瞩目的成果,目前为止王中林教授已经发表了十几篇N/S文章,其创办的国际著名期刊Nano Energy,影响因子也已经高达12.343。
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发表于 2018-5-30 08:15:33 | 显示全部楼层

王中林院士Nano Energy:电荷泵浦实现超高电荷密度摩擦纳米发电机

摩擦纳米发电机(triboelectric nanogenerator, TENG)的工作原理基于摩擦起电及静电感应效应。表面电荷密度对于摩擦纳米发电机的性能至关重要。一般而言,TENG的输出功率与表面电荷密度呈二次方关系。在一定的接触或摩擦强度下,电荷密度主要受限于两个方面的因素:一是具有一定表面形貌的摩擦材料配对的摩擦起电能力,二是由气隙击穿引起的电荷损失。现有已提出了基于材料选择、表面改性、结构优化或环境控制等多种方法以提高电荷密度,但是这些方法仍存在着很多方面的限制,在电荷稳定性上还存在问题,或在封装等方面提出了较高的要求。

近日,在中国科学院北京纳米能源与系统研究所所长、佐治亚理工学院校董教授王中林院士和张弛研究员的带领下,许亮博士和布天昭等人组成的研究团队为提高TENG器件的电荷密度,设计了一种具有浮置层结构和电荷泵浦能力的电荷自泵浦摩擦纳米发电机(self-charge-pumping triboelectric nanogenerator, SCP-TENG)器件。所设计的浮置层结构可以积累并束缚超高密度电荷,并产生静电感应效应,电荷泵浦可以持续地向浮置层中泵送电荷,基于两者的SCP-TENG器件在普通环境条件下,实现了1020μC/m2的超高有效表面电荷密度,达到了空气击穿电荷密度阈值的4倍左右,创造了新的电荷密度记录。更为重要的是,这项工作提出了一个简单而普遍的大幅提高TENG的电荷密度以及输出的策略,使得表面电荷密度主要取决于绝缘层的介电强度,因此,在不久的将来仍具有进一步大幅提升的潜力。由于电荷密度的提升不再依赖于更强烈的摩擦,也解决了摩擦生热及器件耐久性的问题。在电磁式发电机中,广泛采用的电磁铁通过电流激发磁场,与此相似,本工作提出采用注入束缚电荷来取代摩擦静电荷而激发电场,这一思想将可能对TENG性能的提升产生重要影响。相关成果以“Ultrahigh Charge Density Realized by Charge Pumping at Ambient Conditions for Triboelectric Nanogenerators”为题发表在了Nano Energy上。

器件结构和工作原理

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发表于 2018-6-24 08:21:45 | 显示全部楼层
佐治亚理工学院王中林院士AEM:多功能芯 – 鞘纱用于可持续生物机械能量收集和实时人机交互传感



现代电子产品是人类健康,安全和通信不可缺少的一部分,为能把我们社会演化成一个智能世界提供了广泛的机会。另外,由于其具有广阔的应用前景,比如从柔性电源、可拉伸电路、个人保健/生物医学检测、人造电子皮肤到可穿戴化的人机交互界面,柔性可穿戴电子产品已经受到广泛关注。在这些当中,用于健康监测,运动跟踪,医疗护理,个人防护和安全的众多类型的自供电功能传感器已经开发出来,这为以一种连续、实时和无伤害的方式测量人体生理和运动信号提供了一个令人兴奋的机会。然而,可穿戴电子产品的进一步发展仍面临一些挑战。首先,这些可穿戴电子设备通常需要外接电源。传统电源如电化学电池具有重量大,体积大,容量和使用寿命有限的缺点,在很大程度上阻碍了可穿戴电子设备的实际和可持续使用。其次,由于人体的大变形动作可能会降低甚至损坏可穿戴电子设备的结构或功能,传统平面式结构也限制了可穿戴电子产品发展。 第三,因为大多数电极材料(例如碳纳米管/纳米纤维,石墨烯,金属纳米线/纳米槽和导电聚合物)的电导率在高度拉伸情况下会急剧下降甚至消失,所以很难实现既具有高度可拉伸性又同时保持良好导电性的电极。最后,目前的自供电可穿戴式传感器通常只针对某一单一类型的人体运动。事实上,可穿戴式传感器应当能够以高效、及时和灵敏的方式响应多种形式的机械刺激,诸如拉伸,压缩,弯曲和扭曲等。以上因素的存在限制了可穿戴式能量收集器和自供电功能传感器的应用范围。为了给可穿戴电子产品提供一个持续的和自给自足的电源,最近新开发的摩擦纳米发电机(TENG)是一种能量收集技术,其基于摩擦起电和静电感应的耦合效应可将无处不在的机械能转化为电能。由于其效率高,重量轻,成本低,环境友好以及普遍适用性,无论在收集小型机械能还是大规模能源生产方面都具有广阔前景。 TENG已经被证明可以收集不同类型的机械能量,这些能量是我们生活中广泛存在的却经常被我们所浪费,比如人体运动、机械触发、振动、风和水流等等。此外,TENG还可以用作自供电传感器,通过监测实时电压或电流信号来主动检测由机械运动所引起的静态或动态过程,这在实时人体交互式传感系统中具有潜在应用。将TENG技术融入传统纺织生产为可穿戴电子纺织品以及自供电传感设备的发展带来更多的可能性。基于纺织的TENG非常适合新一代能量采集器和自供电传感器,使这些传感器具有轻便、持久、透气、可变形和可清洗的特点。这种新型可穿戴电子产品不仅可以适应复杂的非平面形状,而且可以同时保持令人满意的性能,可靠性以及整体性。

基于纱线的TENG的结构

基于纱线的TENG的结构

近日,佐治亚理工学院王中林院士课题组相关论文“Versatile Core-Sheath Yarn for Sustainable Biomechanical Energy Harvesting and Real-Time Human-Interactive Sensing”发表在能源期刊Advanced Energy Materials(影响因子:16.72)上,第一作者董凯。可拉伸纺织结构机械能量采集器和自供电传感器的出现为可穿戴功能电子产品的发展带来了新的生机。然而,单一的能量转换模式和弱的信号传感能力在很大程度上阻碍了它们的发展。在此,凭借镀银尼龙纱线和硅橡胶弹性体,王中林团队设计并制造了一种具有同轴芯鞘和内置弹簧式螺旋缠绕结构的高度可拉伸的TENG纱线,用于机械能量采集和实时人机交互传感。由于内置弹簧缠绕和芯鞘共轭这两种结构,所开发的TENG纱线具有灵活性,高度可拉伸性,舒适性,持久性以及对各种机械刺激的高度敏感性,旨在采集多种机械能量以及捕获各种类型的人体运动信号。凭借这些优异的性能,该TENG纱线可以用于自计数跳绳,自供电手势识别手套以及实时高尔夫评分系统。此外,纱线TENG还可以编织成大面积能量收集织物,能够点亮发光二极管(LED),给商业电容器充电,为智能手表供电。此外,通过调整电路连接方式和外部载荷施加方式,这种织物可以将TENG的四种工作模式集合在一起,进一步验证了其多种机械能量采集能力。这项工作为基于纺织结构的多模式机械能收集器和高度敏感的自供电运动传感器提供了一个新方向,未来可用于可持续电源供电,自供电可穿戴电子设备,个性化运动/健康监测以及实时人机交互方面。目前的工作有助于纺织结构的TENG器件应用于多样的机械能量采集装置和实时自供电人机交互传感系统,这将导致可穿戴电子设备向更智能、更便捷和更环保的方向发展。




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发表于 2018-7-13 09:29:02 | 显示全部楼层
通过耦合弹簧及多层结构集成多个基本发电单元
研究亮点:
1. 通过耦合弹簧及多层结构集成多个基本发电单元,成功制备可以高效收集水波能的球形摩擦纳米发电机。
2. 单个球形发电机的电流输出较以往球形发电机提高两个数量级以上,单球最大输出功率达到7.96 mW。
3. 通过球形发电机阵列化和能量存储,构建水温测量的自驱动系统。

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能源在人类生活中扮演着非常重要的角色,现阶段能源的消耗主要依赖于传统化石能源,这是一种有限的、非可再生的能源。随着化石能源的不断开采和枯竭,迫切需要寻找一些新型的能源形式。海洋波浪能具有储量丰富、受环境因素影响较小等优点,是潜在的能够大规模应用的能源之一。但是,近几十年世界各国对波浪能收集的探索大都基于传统的电磁发电机,而电磁发电机因其自身的工作原理所限,难以有效收集这种低频的、随机的能源。

王中林院士于2012年首次提出基于摩擦起电和静电感应效应的摩擦纳米发电机,它利用麦克斯韦位移电流的机理,将周围环境中的机械能转化为电能。同时球形结构摩擦纳米发电机因其具有质量轻、在水波中运动阻力小以及易于阵列化等诸多优点已经被用来收集水波能。但是在之前报道的工作中,还存在输出电流较小等缺点,限制了它的实际应用。

有鉴于此,中科院纳米能源与系统研究所王中林院士团队通过耦合弹簧及多层结构制备了一种可以高效收集水波能的球形摩擦纳米发电机。

研究团队首先结合弹簧辅助结构和球形结构的优点,并在一个球壳空间内集成多个基本发电单元形成多层结构,成功制备出耦合弹簧及多层结构的球形摩擦纳米发电机,用于收集水波能。该球形摩擦纳米发电机中每个发电单元的工作模式均为垂直接触-分离模式。

在真实水波实验环境中,在1.0Hz的水波频率,2.5 V的信号发生器输出电压幅值(对应于水波振幅)的水波冲击下,其最大功率可达7.96 mW,输出电流为120 μA。

其次,进一步研究了不同水波频率和不同水波振幅下,该摩擦纳米发电机的电学输出性能,发现其在1.0 Hz的水波频率下能达到最大输出值,能较好地适用于水波的低频工作环境。

然后,从球形摩擦发电机中所用的铜块质量以及集成的发电单元数量两个方面对其进行结构优化。最后,将四个优化后的球形摩擦纳米发电机组成发电阵列,其输出功率和输出电流分别达到15.97 mW和225 μA,并成功驱动电子温度计工作,测量水的实时温度,显示了该摩擦纳米发电机在水波能大规模收集中的巨大潜力。

总之,该研究成功制备了一种收集水波能的球形摩擦纳米发电机,通过结构设计与优化,其输出电流和输出功率较以往工作均有较大幅度提高,显示了纳米发电机在大规模收集水波能中的潜在应用价值。

参考文献:
XiaoT X, Liang X, Jiang T, et al. Spherical Triboelectric Nanogenerators Based on Spring‐Assisted Multilayered Structure for Efficient Water Wave Energy Harvesting[J]. Advanced Functional Materials, 2018: 1802634.
DOI:10.1002/adfm.201802634
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201802634

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发表于 2018-10-9 09:53:48 | 显示全部楼层
佐治亚理工学院王中林团队Adv. Mater.:利用摩擦纳米发电机实现强关联氧化物的动态电子掺杂



外部激励通常可以用来调控材料的性质从而实现其功能化。典型的例子包括栅极电压之于场效应晶体管(FET),磁场之于自旋电子学,以及力场之于压电电子学。某些过渡金属氧化物所具有的独特的金属-绝缘体相变(MIT)特性能够产生优异的开关比,自旋轨道耦合,甚至导致超导性,因而可以用于各类电学器件。作为典型的强关联氧化物,二氧化钒(VO2)的金属-绝缘体相变对电荷密度和电子轨道占据非常敏感。因此,将VO2作为场效应晶体管的通道,通过控制栅极电压能够有效实现其相变调控。然而,由于VO2的相变过程对温度非常敏感,如果利用固体电介质层来施加栅压,则不可避免地产生漏电流或者电击穿,从而导致局部的焦耳热效应。通过某些离子液体作为介质层也能够施加外电场,但是离子液体和氧化物之间往往会发生界面电化学反应,从而使得研究电场调控相变过程变得更为复杂。

以VO2薄膜作为通道的场效应晶体管示意图和相应的等效电路

 以VO2薄膜作为通道的场效应晶体管示意图和相应的等效电路

近日,在佐治亚理工学院王中林院士和中国科学技术大学邹崇文研究员团队的带领下,与西安交通大学和河南科技大学合作,通过集成TENG提出了一种新颖的三端VO2器件。诱导电子在VO2通道中出现并消失,通过接触和分离TENG的PTFE和尼龙层来控制。FEA模拟显示VO2的感应电子平均密度可以高达1010~1011cm-2,可以实现更高的密度(≈1012 cm-2),以改善TENG-VO2在真空条件下的性能。实验结果表明,在不同温度下,TENG-VO2装置可以调节VO2通道的电阻,VO2的PTR调节程度更为显著。第一性原理计算结果进一步证实,TENG器件在VO2中的感应电子掺杂将向上移动EF并逐渐占据3d轨道,从而产生明显的相位调制。目前的研究不仅证明了电荷掺杂以调整相关氧化物的电子态,而且还将TENG的应用扩展到新型tribotronic晶体管或其他相关氧化物器件的开发中。相关成果以题为“Dynamic Electronic Doping for Correlated Oxides by a Triboelectric Nanogenerator”发表在了Adv. Mater.上。

总之,团队将摩擦电纳米发电机(TENG)和VO2相变薄膜材料相结合,制作了一种新型的TENG-VO2器件,在室温下实现了电子掺杂以及相应的相变过程调制。通过TENG构筑类场效应晶体管结构,可以在VO2通道中感应出高浓度电荷,从而实现电子掺杂来调节VO2的电子结构。通过这种动态的电荷掺杂,VO2通道的电阻/电阻率能够得到实时调制,而且这种调制作用在VO2的相变温区更为显著。通过有限元分析模拟了VO2通道中电荷的积累,并通过理论计算验证了电子掺杂机制。该结果有望应用于开发新型的压电晶体管和新型电子掺杂技术。

文献链接:Dynamic Electronic Doping for Correlated Oxides by a Triboelectric Nanogenerator(Adv. Mater. ,2018,DOI:10.1002/adma.201803580)



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发表于 2018-10-23 19:29:16 | 显示全部楼层
北京时间10月22日下午5点,世界能源领域最高奖、被誉为“能源界诺贝尔奖”的埃尼奖(Eni Award)颁奖典礼在罗马市奎里纳尔宫(Palazzo del Quirinale)举行,意大利总统马塔雷拉(Sergio Mattarella)和部分政府官员及埃尼集团负责人出席。


马塔雷拉总统为中科院北京纳米能源与系统研究所所长王中林院士等获奖科学家颁发奖章。他高度评价了王中林院士的科研成果特别是纳米发电机和海洋“蓝色能源”技术对世界能源发展做出的重大贡献并对纳米能源的应用前景充满期待。


埃尼奖组委会对王中林院士创立的纳米能源技术的总体评价是对“物联网与可再生能源生产”具有重大意义,认为“该研究成果为物联网、机器人和人工智能的发展提供了能源技术”(Research provides the energy technology to power the development of the Internet of Things, robotics and artificial intelligence)。同时,埃尼奖组委会充分肯定了王中林作为摩擦纳米发电机理论和技术的创立者地位(invented the triboelectric nanogenerators (TENGs)),认可他是纳米发电机技术用于物联网移动能源和收集大规模海洋蓝色能源等重大科技的发明者(author of the research “Nanogenerator as Mobile Power Source for Internet of Things and for Large-Scale Blue Energy Harvesting”),认为他“建立了从环境和生物系统中获取随机机械能来驱动移动传感器的原理和技术路线图”( established the principle and technological road map for harvesting random mechanical energy from environment and biological systems for powering mobile sensors )。


埃尼奖是世界能源领域最权威、最负盛名的奖项,被誉为世界能源领域的“诺贝尔奖”( The Nobel Prize for energy ),与计算机界图灵奖、数学界的菲尔兹奖及沃尔夫奖等并称为自然科学领域性的最高奖项。王中林院士是迄今为止获得埃尼奖的第一位华人科学家。

本届埃尼奖共分4个奖项,即埃尼“前沿能源奖”(Energy Frontiers Prize)、“能源转化奖”(The Energy Transition Award)、“环境先进技术奖”(the Advanced Environmental Solutions Award)、“非洲青年人才奖”(The Young Talent from Africa Award)和“年度优秀青年学者”(The Young Researcher of the Year Award)。王中林院士获得的奖项是埃尼“前沿能源奖”(Energy Frontiers Prize)。


王中林院士荣获本届埃尼奖,充分证明他创立的以纳米发电机为代表的纳米能源理论与技术体系,已被国际科学界与产业界所认可。这一新的能源技术,进一步扩大了人们获取能源的新途径,预示着人类的能源模式将从单一依赖传统“大能源”(如传统火电、水电、风电、太阳能、核电等),开始向既有“大能源”又有物联网时代的微纳“小能源”——新时代能源模式转变。

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发表于 2018-10-26 08:01:05 | 显示全部楼层
王中林/胡陈果Nano Energy:摩擦电传感器让机器人更灵活!
在人机交互中,机器人手应该像人的手一样灵活。人类操作机器人通过更加自然和精确的手势而不是手柄或按钮。胡陈果和王中林团队通过计算摩擦电传感器的光栅滑动模式引起的脉冲,签正/负脉冲以表示屈曲/伸展,手指关节的角度可以用绝对值确定位置。传感器的特点是在铰链模型上证明直接量化手指关节的屈曲-伸展度/速度,这有助于实现机器人手同步控制系统。

摩擦电传感器让机器人更灵活

摩擦电传感器让机器人更灵活

Pu X, etal. Rotation sensing and gesture control of a robot joint via triboelectricquantization sensor[J]. Nano Energy, 2018.
DOI: 10.1016/j.nanoen.2018.10.044
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285518307675

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发表于 2018-11-12 09:15:36 | 显示全部楼层
王中林Nano Energy:柔性压电晶体管阵列薄膜
薄膜是面内应变传感的良好选择,也可以与现代电子工业兼容。王中林团队首次开发出压电晶体管阵列的薄膜。结果表明,应变单位的灵敏度(量规因子)最高可达199,是商用箔规的灵敏度100倍。每个传感单元校准后,器件上的应变分布被传感器阵列成功地测量和映射。

柔性压电晶体管阵列薄膜

柔性压电晶体管阵列薄膜

Song M, et al. Flexible Li-doped ZnO Piezotronic Transistor Array for In-plane Strain Mapping[J]. Nano Energy, 2018.
DOI: 10.1016/j.nanoen.2018.11.013
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285518308267

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发表于 2018-11-13 08:52:42 | 显示全部楼层
王中林Nano Energy综述:压电效应在柔性光电应用
王中林课题组详细描述压电效应,包括其理论基础和实际应用,掺杂的ZnS CaZnOS,SrAl2O4和LiNbO3中的压电光发射的发展,并对柔性/可拉伸的光电器件进行了许多科学研究。到目前为止,压电光电子的签名系统,可见可穿戴电子设备和多物理耦合设备已取得重大突破。这一领域的快速创新对人类生活的未来将具有重要意义。

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Wang X,Peng D, Huang B, et al. Piezophotonic Effect Based on Mechanoluminescent Materials for Advanced Flexible Optoelectronic Applications[J]. Nano Energy,2018.
DOI: 10.1016/j.nanoen.2018.11.014
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221128551830822X

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发表于 2018-11-28 16:21:11 | 显示全部楼层
通过摩擦纳米发电机的高电压直接驱动的电响应材料和器件研究获进展
自2012年被发明以来,摩擦纳米发电机(Triboelectric Nanogenerator, TENG)发展成为能源收集的主流技术之一。由于TENG的工作原理是基于摩擦起电效应和静电感应效应,TENG的开路电压很高。对于具有电响应特性的高内阻材料,TENG可以直接有效地驱动或者精确控制它们,这是实现自驱动智能系统的最直接的组合方式。对比其他自驱动电压电源,TENG具有结构设计灵活、成本低廉和选材范围广等优点,尤其在低频机械能收集方向具有很大的应用前景。
  近日,中国科学院北京纳米能源与系统研究所在《先进功能材料》杂志上发表特邀综述,着眼于可以被TENG的高输出电压直接驱动的材料和器件,概述了已报道的各种可以与TENG成功结合的应用方向,包括介电弹性体、压电陶瓷、铁电材料等功能材料,静电驱动器、静电空气净化器以及场发射和质谱仪等智能器件。同时,文章总结了选择材料和器件与TENG相互结合的关键因素,总结了TENG作为直接电源面临的挑战和对于该领域未来研究的展望。
  以TENG为核心的自驱动系统是纳米能源所所长、首席科学家王中林提出的纳米能源领域包含的重要方向之一,而TENG与各种功能材料和系统的结合是实现自驱动系统的最直接的方法,具有重要的研究价值。目前,在该方向上的主要进展如下:①基于介电弹性体的人工肌肉、智能开关、智能光栅等;②基于压电陶瓷的微型光调制驱动器;③基于铁电材料的记忆装置;④静电操纵器用于驱动和操纵微流体和微小物体;⑤静电吸附和空气净化器;⑥电子激发、离子发生器和便携式质谱仪等。在选择合适的技术与TENG结合的时候,研究人员倾向于选择具有较高绝缘特性的材料和器件,可以很好地保持住TENG产生的静电荷并且可以有效地利用TENG的高输出电压。其次,需要目标器件具有低功耗的特点,可以很好地配合TENG的输出能力。最后,研究人员希望与TENG结合的技术具有独特的功能,这样可以丰富TENG的应用领域。
  另一方面,以TENG为核心的自驱动系统可以发展出许多独特的功能。首先,TENG的自驱动特性可以从各种场景中吸取能量,代替原有的电源,实现对便携式的无源系统。其次,TENG可以瞬时把机械能转化为电信号,实现人机交互的桥梁。此外,在高电压器件的应用方向上,TENG有限的输出电荷可作为一种高灵敏的自保护措施,在出现电击穿等危险的时候快速降低输出电压,保护周围的人体和器件。因此,传统的电响应智能材料和器件,在与TENG结合之后可以诞生出很多新的和有应用价值的功能。随着TENG性能的不断提高,以及在应用领域的不断探索,各种多功能的复合系统会不断地被开发出来。
  相关研究工作发表在近期的Adv. Funct. Mater上 (Electrically Responsive Materials and Devices Directly Driven by the High Voltage of Triboelectric Nanogenerators. DOI: 10.1002/adfm.201806351),王中林和陈翔宇是文章的共同通讯作者。

电响应材料

电响应材料
  TENG和用于功能自供电系统的电响应材料/器件的组合。涵盖人工肌肉、微型执行器、记忆装置、静电操纵器、空气净化、电子激发和离子发生器等。

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发表于 2018-12-16 14:36:27 | 显示全部楼层
报告题目: Nanogenerators for powering implantable medical devices and self-powered sensors(纳米发电机在植入式医疗器件及自驱动传感的应用
报 告 人:王中林(Zhong Lin Wang) 院士
时  间: 2018年12月16日下午14点
地  点: 南京邮电大学仙林校区行政楼一楼报告厅
主办单位: 南京邮电大学材料科学与工程学院

报告人简介:
王中林是佐治亚理工学院终身校董事讲席教授,Hightower终身讲席教授,中国科学院北京纳米能源与系统研究所首席科学家和创始所长,中国科学院大学纳米科技学院院长,中科纳清公司董事长,国际著名学术刊物Nano Energy(IF:13.12)创刊者及主编。王中林是国际公认的纳米科技领域领军人物,他发明了压电纳米发电机,摩擦纳米发电机,并首先发展了自驱动系统和蓝色能源的原创大领域,为微纳电子系统的发展,物联网,传感网络,人工智能和人类未来的能源开辟了新途径。他开创了纳米结构压电电子学和压电光电子学等领域,对纳米机器人、人-电界面、纳米传感器、LED技术的发展具有里程碑意义。王中林是Google Scholar(谷歌学术)2018年公布的全球纳米技术专家学术引用与影响力排名榜之第一名。他论文的影响因子h index 高达217。
王教授是中国科学院外籍院士,欧洲科学院院士,台湾中央研究院院士。王教授是美国物理学会fellow,美国科学发展协会(AAAS) fellow,美国材料学会 fellow,美国显微学会fellow,美国陶瓷学会fellow。他荣获了2018年埃尼奖(Eni Award);2017年潘文渊基金会杰出研究奖;2017年全球纳米能源奖;2016北京市华侨华人“京华奖”;2016美国东南地区大学联盟杰出科学家奖;2015年汤森路透引文桂冠奖;2014年材料领域世界技术奖;2014年佐治亚理工学院杰出教授终身成就奖;2014年美国物理学会詹姆斯马克顾瓦迪新材料奖; 2013中华人民共和国国际科学技术合作奖;2012年美国陶瓷学会埃瓦德奥顿纪念奖;2011年美国材料学会奖章;美国显微镜学会1999年巴顿奖章。已在国际一流刊物上发表了超过1300篇期刊论文(其中发表在Science、Nature及Nature子刊上40余篇),6本科学专著,超过200项专利。

报告摘要:
Self-powered system is a system that can sustainably operate without an external power supply for sensing, detection, data processing and data transmission. Nanogenerators (NG) were first developed for self-powered systems based on piezoelectric effect and triboelectrification effect for converting tiny mechanical energy into electricity, which have applications in internet of things, environmental/infrastructural monitoring, medical science, environmental science and security. NGs have three major application fields: micro/nano-power source, self-powered sensors and blue energy. We will present the applications of the NGs for harvesting body motion energy that will be used for medical science and bioengineering.

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发表于 2018-12-19 08:52:30 | 显示全部楼层
王中林院士&王兆娜 Adv. Funct. Mater.:综合热释电光电子学效应增强的ZnO / Ag肖特基结紫外探测器



宽带隙半导体紫外光探测器具有结构简单、易于小型化、集成化、对辐射和恶劣环境具有良好的稳定性等优点,在军事侦测、环境监测、火焰升温、生命科学和航天等领域具有很大的应用前景。作为典型的宽带隙材料,氧化锌(ZnO)具有大的激子结合能(≈ 60 meV)、小的电子和空穴碰撞电离系数、环境友好、化学性能稳定和辐射阈值高等特点,是实现高信噪比的室温紫外光(UV)探测器的理想材料。尤其是随着自供能电子设备在可穿戴电子、智能传感器、柔性光电子等领域日益增长的需求发展,大量自供能的 ZnO 基光电探测器(PDs)通过利用肖特基结和 p-n 结的光伏效应被成功设计和制备出来。其中,基于金属/半导体接触的肖特基结光电探测器具有成本低、制造简单和响应速度快等优点,是实现快速响应光电二极管的一种重要途径。但由于肖特基结中较弱的内建电场使得这种自供能 PDs 光响应度较低,阻碍了其广泛地应用。因此,寻找一种能够有效改善自供能肖特基 PDs 性能的方法显得十分必要。

热释电光电子学效应

热释电光电子学效应

         最近,通过耦合纤锌矿 ZnO 的热释电效应、光激发和半导体特性,研究者们提出热释电光电子学效应并用来改善 ZnO 基 PDs 的光电响应性能。在紫外光照射 ZnO 纳米线(NWs)时,光诱导的热释电极化电荷可以有效地调节 p-n 结内载流子的产生、分离、传输和复合过程,从而使自供能 PDs  的光电响应性能从 UV 到近红外波段都有显著的提高。通过利用热释电光电子效应,基于 p-n 异质结结构实现的 UV PDs 展示出较快的响应速度和较高的灵敏度。然而,通常的热释电效应包含初级热释电效应和次级释热电效应,而且综合热释电效应受夹持状态的影响很大。当样品经受较强的应力夹持时(例如硬质基板),热释电效应主要表现为初级热释电效应。当样品经受较弱的应力夹持(例如软基板)时,次级热释电效应不能忽略。因此,研究综合热释电效应对柔性基板上肖特基结 PDs 输出电流的调制机制是十分重要的。

        最近,北京师范大学的王莹硕士和北京纳米能源与系统研究所的朱来攀博士在美国佐治亚理工学院的王中林院士和北京师范大学的王兆娜教授的共同指导下报道了一种利用综合的热释电光电子学效应来设计和制造 ZnO /Ag 肖特基结的自供电柔性 UV PDs。通过利用初级热释电效应使得自供能的 PDs 在 325 nm 光照射下的最大瞬态光响应度可以达到 1.25 mA W-1,比稳态响应提高 1465 %。相对持久的二次热释电效应削弱了肖特基势垒的高度,并导致稳态光电流随着光功率密度的增加而减小。当功率密度足够大时,稳态光电流变为反向。基于热释电电势的能带调控作用,研究者们揭示了综合热释电光电子学效应对瞬态和稳态光电流的相应调制机制。研究结果有利于进一步阐明热释电光电子学效应对器件光电流的影响机制,并为进一步优化自供能 PD 性能提供了一种潜在方法。研究成果以题为“Comprehensive Pyro-Phototronic Effect Enhanced Ultraviolet Detector with ZnO / Ag Schottky Junction”发布在国际著名期刊 Adv. Funct. Mater.上。

        基于ZnO / Ag肖特基结构,成功设计并实现了热释电光电子学效应增强的柔性自供能 PDs,分别展示了初级热释电光电子学效应对瞬态以及次级热释电光电子学效应对稳态光电流的调制作用。尤其是,光辐照在纤锌矿 ZnO 内部可以通过热应变效应诱导产生相对稳定的极化电势(类似于压电效应),从而对肖特基势垒高度产生调控作用,导致光生载流子的传输性质在肖特基结区被调制,即为次级热释电光电子学效应。这种新机制对自供能光电器件的设计与优化具有重要的理论意义和应用价值。同时,这种调制方法很容易扩展到基于其它热释电半导体材料实现的光电器件中,从而拓宽了其应用领域。而且,基于 ZnO / Ag 肖特基结的自供能 PD 具有易于实现、调控灵活、光响应特性优良的特点。利用热释电光电子学效应,PDs 在功率密度为 4.98×10-4 W cm-2  的 325 nm 紫外光照射下的光电流的最大增强因子为 ≈ 10156 %,探测能力和响应度都有 8371 %提高。 这项工作为利用热释电光电子学效应来提高或者优化肖特基结的 PDs 提供了一种有效的方法。同时在超快光电传感、智能传感器和可穿戴电子设备等领域具有广阔的应用前景。

文献链接:Comprehensive Pyro-Phototronic Effect EnhancedUltraviolet Detector with ZnO/Ag Schottky Junction(Adv. Funct. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adfm.201807111)




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