研究目的
开发一种基于III族氮化物薄膜的柔性压电发电机，为自供电可穿戴和植入式电子设备提供生物相容且可持续的电源解决方案，以克服铅基及其他无铅压电材料的局限性。
研究成果
III-N薄膜F-PEG展现出高电输出（功率高达167微瓦）、生物相容性及超过3万次循环的耐久性，使其成为可穿戴与植入式电子设备中铅基压电发电机的可行替代方案。该层转移方法有效缓解了开裂问题，且该器件能为多种电子设备供电并给储能装置充电，凸显其在可持续能量收集方面的潜力。
研究不足
该研究仅限于特定的III族氮化物薄膜成分和尺寸；由于脆性，扩展至更大面积可能具有挑战性。实验是在受控的实验室条件下进行的，实际可穿戴应用可能会面临额外的环境和机械应力。薄膜中的自由载流子屏蔽可能会略微降低输出效率。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用层转移法制备基于III族氮化物薄膜的柔性压电发电机（F-PEG）。设计包括通过等离子体刻蚀去除微裂纹、沉积电极并将薄膜转移至柔性衬底。结合数值模拟与实验测量分析机械屈曲下的电学输出。
2：样本选择与数据来源：
使用外延生长于Si(111)衬底的非故意掺杂III-N薄膜。样品按特定尺寸制备并接受受控力学测试。
3：实验设备与材料清单：
设备包含用于薄膜生长的MOCVD、光刻工具、等离子体刻蚀系统（如Oxford Plasmalab System 100/ICP180）、电子束蒸发仪、溅射系统、湿法刻蚀装置、X射线衍射仪（Bruker D8 Discover）、扫描电镜（FEI XL-30FEG）、直线电机（Anaheim Automation）、静电计（Keithley 6514型）及源表（Keithley 2602B型）。材料包括III-N薄膜、光刻胶（AZ4620）、电极金属（镍/金/铜）、刻蚀酸液（氢氟酸/乙酸/硝酸）及柔性衬底。
4：0）、电子束蒸发仪、溅射系统、湿法刻蚀装置、X射线衍射仪（Bruker D8 Discover）、扫描电镜（FEI XL-30FEG）、直线电机（Anaheim Automation）、静电计（Keithley 6514型）及源表（Keithley 2602B型）。材料包括III-N薄膜、光刻胶（AZ4620）、电极金属（镍/金/铜）、刻蚀酸液（氢氟酸/乙酸/硝酸）及柔性衬底。 实验流程与操作步骤：
4. 实验流程与操作步骤：依次进行III-N薄膜生长、图案化刻蚀以消除微裂纹、沉积底部/顶部电极、通过硅衬底移除实现柔性衬底转移，并采用XRD与SEM表征。通过编程屈曲测试（不同压缩量与速度）测量电学输出，使用静电计记录电压电流值。
5：数据分析方法：
基于压电方程（如论文公式1-11）的数值模拟预测输出，整合实验数据并与模拟结果对比。统计分析包括计算不同电阻与条件下的电荷量、电流、电压及功率。
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获取完整内容-
X-ray diffraction system
D8 Discover
Bruker
Characterization of thin-film crystal structure and quality
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Scanning electron microscope
XL-30FEG
FEI
Investigation of morphology and cross-section of III-N thin film and device
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Electrometer
Model 6514
Keithley
Measurement of voltage and current from the F-PEG during buckling tests
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Source meter
Model 2602B
Keithley
Measurement of current-voltage (I-V) characteristic curves
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Plasma etching system
Oxford Plasmalab System 100/ICP180
Oxford
Removal of microcracks from III-N thin film edges using plasma etching
-
Linear actuator
Anaheim Automation
Program-controlled buckling of the F-PEG to apply mechanical energy
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