研究目的
分析宽带隙材料的压电行为以探索其在纳米发电机中的潜在应用。
研究成果
研究得出结论，氧化锌（ZnO）和硫化镉（CdS）因其优异的压电势生成能力和半导体特性，是最适合用于压电纳米发电机纳米棒制备的材料。未来工作包括制造该器件并将实际结果与模拟进行对比，同时探索不同的纳米棒构型。
研究不足
该模拟采用点力作用，可能不符合实际情况或在某点无法收敛，从而影响测量精度。有限元分析中的网格尺寸需合理定义以确保结果准确。
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[2018年新兴器件与智能系统国际会议(ICEDSS) - 印度蒂鲁琴杜尔(2018.3.2-2018.3.3)] 2018年新兴器件与智能系统国际会议(ICEDSS) - 基于有限元法的压电材料在纳米发电机应用中的性能分析
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[2018年新兴器件与智能系统国际会议(ICEDSS) - 印度蒂鲁琴杜尔(2018.3.2-2018.3.3)] 2018年新兴器件与智能系统国际会议(ICEDSS) - 基于有限元法的压电材料在纳米发电机应用中的性能分析
DOI：10.1109/ICEDSS.2018.8544356
出版年份：2018
更新时间：2025-09-09 09:28:46
摘要：
本研究表明，通过分析ZnO、CdS、BaTiO3、LiNbO3、AlN和PZT等宽带隙材料的压电特性，揭示了其在纳米发电机中的潜在应用价值。研究采用传统能量收集用PZT材料及ZnO、BaTiO3、ZnO、AlN、LiNbO3和CdS等替代材料，建立有限尺寸的完美圆柱形纳米棒模型，并通过解析与模拟方法论证了这些材料的性能潜力与优势。针对长度分别为500nm和600nm、直径各异的圆柱形纳米棒压电势能进行分析，结果显示数值计算与模拟结果高度吻合（偏差仅7%）。这类纳米线系统可应用于BJT和FET等电压控制器件、能量收集系统及生物医学传感领域。研究采用Comsol Multiphysics通过有限元法(FEM)计算纳米棒的弯曲变形，结果表明：纳米线产生的电势与z轴方向长度无关，其表面压电势与纳米线受力方向的位移成正比，与长径比的立方成反比。当纳米棒一端固定施加100nN作用力时，产生的约±2.3V压电势足以驱动各类晶体管栅极电压并适用于传感应用。
作者：
Dhanesh Kumar Taneja，Arathy Varghese，C. Periasamy
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