Piezoelektromos cink-oxid nanoszálak elektromechanikai vizsgálata  részletek

súgó  nyomtatás 
vissza »

 

Projekt adatai

 
azonosító
77578
típus PD
Vezető kutató Volk János
magyar cím Piezoelektromos cink-oxid nanoszálak elektromechanikai vizsgálata
Angol cím Electromechanical investigation of piezoelectric zinc oxide nanowires
magyar kulcsszavak Nanomechanika, NEMS, piezoelektromosság, cink-oxid, tapintásérzékelő
angol kulcsszavak Nanomechanics, NEMS, piezoelectricity, zinc oxide, tactile sensor
megadott besorolás
Gépszerkezettan (Matematikai, Fizikai, Kémiai és Mérnöki Tudományok)60 %
Ortelius tudományág: Elektromechanika
Elektronikus Eszközök és Technológiák (Matematikai, Fizikai, Kémiai és Mérnöki Tudományok)40 %
zsűri Informatikai–Villamosmérnöki
Kutatóhely Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézet (MTA Természettudományi Kutatóközpont)
projekt kezdete 2009-04-01
projekt vége 2012-09-30
aktuális összeg (MFt) 1.000
FTE (kutatóév egyenérték) 2.66
állapot lezárult projekt
magyar összefoglaló
A cink-oxid, mint piezoelektromos és egyben félvezető anyag, mely nanoszerkezetű formában is előállítható, a nanoelektromechanikai rendszerek (NEMS) egyik kulcsfontosságú alapanyaga lehet a jövőben. Ennek köszönhetően az elmúlt két évben számos innovatív, főként nanoszál alapú eszközt mutattak be, úgy is, mint nanogenerátor, nanoméretű nyúlásmérő szenzor vagy mechanikus úton vezérelt unipoláris tranzisztor. Bár a ZnO nanoszálak mechanikai és elektromechanikai tulajdonságait intenzíven kutatják, a közölt értékek nagy szórást mutatnak, és ezek mérettől való függése még mindig kérdéses. További hiányosság, hogy a megadott mennyiségek kivétel nélkül magas hőmérsékletű (T=600-1200 °C), száraz módszerrel készített nanoszálak vizsgálatával történt. A javasolt kutatási tervben a jelölt alacsony hőmérsékleten (T=80 °C), vizes oldatból növesztett rendezett ZnO nanoszálakat hoz létre, melyek mechanikai és piezoelektromos tulajdonságait egy nanométer érzékenységű manipulátor segítségével vizsgálja. A mért adatok kiértékeléséhez és összehasonlítás céljából a jelölt a kísérlettel párhuzamosan végeselem szimulációkat is végez. A javasolt terv további célja egy innovatív háromlábú szerkezet előállítása és tesztelése, melyben a nanoszálak csúcsát egy vezető nanogömb kapcsolja össze. Ezzel a mechanikailag és elektromosan stabil szerkezettel ̵ az elképzelés szerint ̵ a hajlított szálak elektromechanikai viselkedése és a fém/félvezető nanoszál elektromos átmenete minden eddiginél jobban megismerhető. Sőt, a javasolt háromlábú szerkezet egy újszerű, szubmikron méretű 3-dimenziós erőmérő alapját is képezheti.
angol összefoglaló
ZnO as a piezoelectric semiconductor which can be synthesized in nanostructured form is predestinated to be a key material of future nanoelectromechanical systems (NEMS). Therefore, in the last two years several innovative devices such as direct-current generator, nanosized strain sensor, and mechanically driven unipolar transistor were demonstrated. Although considerable efforts have been devoted to investigate the mechanical and electromechanical properties of ZnO nanowires the published values still scatter strongly and the size effect is also under debate. Moreover, the available data are restricted to ZnO nanowires which were synthesized with high temperature (T=600-1200 °C), dry methods. In the proposed work highly ordered vertical ZnO nanowires will be grown by low temperature (T=80 °C) aqueous method and their mechanical properties and piezoelectric activity will be systematically investigated by a nanomanipulator robotic arm. The measured results will be supported and compared with finite element calculations. In the second half of the research program an innovative tripod nanostructure will be tested in which a well positioned conductive nanosphere connects the tip of the ZnO nanowires. With the electrically and mechanically robust structure the electromechanical behavior of bended ZnO nanowires and the metal/semiconductor nanowire interface can be more precisely investigated. Moreover, the tripod structure can provide the basis of a novel sub-micron sized 3D force sensor.





 

Zárójelentés

 
kutatási eredmények (magyarul)
A PD kutató a pályázatban különböző módszereket dolgozott ki vertikálisan rendezett ZnO nanoszálak növesztésére, valamint elektromos, mechanikai és elektromechanikai vizsgálatára. A rendezett növesztéshez szükséges mintázatot - a korábban már használt elektronsugaras írás mellett - nagyobb felületen alkalmazható, gazdaságosabb, új módszerekkel, nanogömb(foto)litográfiával és nanoimprint litográfiával hozta létre. Szintén sikerült kiváltani a korábban használt vezető ZnO egykristály hordozót az alkalmazás szempontjából sokkal fontosabb szigetelő hordozóra (zafír). Mint kiderült a létrejövő nanoszerkezet morfológiáját elsősorban a magréteg kristálytani jellemzői határozzák meg. A nedves kémiai úton növesztett egyedi nanoszálak piezoelektromos aktivitását pásztázó tűszondás módszerrel igazolta. A nanoszálak pásztázó elektronmikroszkópban végzett rendkívül érzékeny hajlítási vizsgálatai kimutatták, hogy a nanoszál hajlítási modulusza (36.0±8.3 GPa) lényegesen elmarad a tömbi értéktől (140 GPa). Az egyedi nanoszálak elektromechanikai vizsgálatai mellett a PD kutató egy új típusú erőmérő szenzort is tervezett, ill. tesztelt, melyben a nanoszál deformációja az alatta lévő réteg vezetőképességének változása alapján olvasható ki.
kutatási eredmények (angolul)
Several methods were developed for the synthesis process as well as for the electrical, mechanical and electromechanical characterization of vertical ZnO nanorod arrays. The required nanopatterned templates were generated by novel techniques, such as nanosphere(photo)- and nanoimprint lithography. The conductive ZnO single crystal as substrate material was substituted with insulating material (sapphire) which is essential for most of the potential applications. It was pointed out, that the morphology of the ZnO nanowire arrays is dictated by the crystal quality of the underlaying seed layer, rather than by the surface roughness. The piezoelectric activity of wet chemically grown single ZnO nanowires was tested using piezo force microscopy (PFM). It was found during in the in-situ static mechanical test of ZnO nanowires, that their bending modulus (36.0±8.3 GPa) is significantly lower than that of the bulk ZnO (140 GPa). Beyond the electromechanical test of ZnO nanowires, the PI has designed and tested a novel force sensor, in which the nanowire induced stress in the underlaying seed layer can be detected by the change in layer resistivity.
a zárójelentés teljes szövege https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=77578
döntés eredménye
igen





 

Közleményjegyzék

 
Szabó Z; Volk J; Fülöp E; Deák A; I. Bársony I: Regular ZnO nanopillar arrays by nanosphere photolithography, Photonic Nanostruct (közlésre elfogadva), 2012
Oh S; Nagata T; Volk J; Wakayama Y: Nanoimprint for Fabrication of Highly Ordered Epitaxial ZnO Nanorods on Transparent Conductive Oxide Films, Appl. Phys. Express 5: 095003-1-095003-3, 2012
Erdélyi R; Madsen HM; Sáfrán Gy; Hajnal Z; Lukacs IE; Fülöp G; Csonka Sz; Nygard J; Volk J: In-situ mechanical characterization of wurtzite InAs nanowires, Sol. Stat. Com. 152: pp. 1829-1833., 2012
Khánh N Q, Lukács I, Sáfrán Gy, Erdélyi R, Fülöp E, Deák A, Volk J: Effect of nanosphere monolayer on the morphology of ZnO nanowires grown by hydrothermal method, Matt. Lett. 79: 242-244., 2012
Volk J; Szabó Z; Erdélyi R; Khánh NQ: Engineered ZnO nanowire arrays using different nanopatterning techniques, 8263, pp. 1-6, Proceedings of SPIE, San Francisco, USA, Jan. 22-25 2012, 2012
Erdélyi R; Halász V; Szabó Z; Lukács IE, Volk J: Mechanical characterization of epitaxially grown zinc oxide nanorods, Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures 79: 242-244., 2012
Erdélyi R; Nagata T; Rogers DJ; Teherani FH, Horváth ZE; Lábadi Z; Baji Z, Wakayama Y; Volk J: Investigations into the Impact of the Template Layer on ZnO Nanowire Arrays Made Using Low Temperature Wet Chemical Growth, Cryst. Growth Des. 11: 2515–2519, 2011, 2011
Volk J; Nagata T; Erdélyi R; Bársony I; Tóth AL; Lukács IE; Czigány Zs; Tomimoto H; Shingaya Y; Chikyow T: Highly Uniform Epitaxial ZnO Nanorod Arrays for Nanopiezotronics, Nanosc Res Lett 4: 699-704, 2009
Volk J; Hegman N; Sytcheva A; Tóth AL; Deák A: Epitaxially grown vertical ZnO nanowires in pattern controlled arrays, Abstract #E1-2. EMRS09. Strasbourg, 2009
Erdélyi R; Galántai G; Volk J: Vertikális cink-oxid nanoszálak mechanikai tulajdonságainak vizsgálata, Országos Anyagtudományi Konferencia, Balatonkenese, 2009




vissza »