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对矩阵排列的独立接触式垂直压电纳米线机械传感能力的演示

DOI：10.1016/j.nanoen.2018.11.088 期刊：Nano Energy 出版年份：2018 更新时间：2025-09-10 09:29:36
摘要： 本文报道了垂直压电纳米线阵列的制备技术，这些纳米线在基底处实现独立接触，并证明无需外加偏压即可利用压电电子学效应从阵列中单个纳米线获取应变电响应。该技术可用于制造自供电机械应变分布传感器，其中每个独立接触的纳米线相当于一个应变传感像素，可实现微米级横向分辨率。研究采用水热法在预先图案化的两电极间选择性生长垂直氧化锌纳米线。为验证效果，通过向纳米线阵列施加可控速率的横向气流（反复开关气流并同步测量电响应）产生纳米线偏转，测试了不同流速、气流方向及纳米线相对于出气口位置的实验构型，分别使用压缩氮气和空气进行实验。结果表明该几何结构下的压电与压电电子学响应完全符合预期，且氮气流中的电响应与流速呈线性关系，其正负号可指示气流方向。这些发现证实了该新技术在高分辨率分布测绘中的广阔前景，潜在应用于气体/液体流速传感、指纹检测或人机交互等领域。
作者： Mitesh Parmar，Edgar A.A. Leon Perez，Gustavo Ardila，Elise Saoutieff，Emmanuelle Pauliac-Vaujour，Mireille Mouis
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

展示垂直压电纳米线阵列的制备方法（其底部可实现独立接触），并验证其作为自供电传感器用于机械应变测绘的能力。

研究成果

该研究成功证明了基于垂直氧化锌纳米线利用压电效应的自供电机械传感器的概念可行性。所开发的技术具有可扩展性，能够提供单个传感器的矩阵阵列。其电响应与流速呈线性关系且与方向一致，展现出对力或形变分布进行高分辨率绘图的广阔前景。

研究不足

制造工艺需要优化，以仅在器件表面获得单个纳米线。必须对接触的纳米线进行单独校准，以获取其对已知横向力或位移的灵敏度。纳米线需要进行封装以提高传感器的稳定性并降低其对气体的灵敏度。

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