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纳米科学与技术：自驱动系统中的纳米发电机

纳米科学与技术：自驱动系统中的纳米发电机
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作者: 著 , 译 , 译
出版社: 科学出版社
2012-06
版次: 1
ISBN: 9787030343970
定价: 88.00
装帧: 平装
开本: 16开
纸张: 胶版纸
页数: 165页
字数: 216千字
正文语种: 简体中文
丛书: 纳米科学与技术
分类: 工程技术
6 张插图图片
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  • 　　我们生活的环境中充满了各种各样的能量，例如振动能、形变能、肌肉活动能、化学能、生物能、微风能、太阳能、热能等。如果利用纳米技术可以把这些无时不有处处有的能量转换为电能来带动一些小型的电子器件，就可以制造出自驱动的微纳系统。为了解决这个纳米技术中的瓶颈问题，2006年王中林小组成功地在纳米尺度范围内将机械能转换成电能，研制出世界上*小的发电机——纳米发电机，并提出自驱动纳米技术的新思想。之后，世界上掀起了能量收集技术研究的热潮。过去的七年间，作者研究组在这一研究领域系统发表了一系列相关论文。为了给出一个关于纳米发电机发展的全面并且连贯的回顾与阐释，作者编写了这部专著，《纳米科学与技术：自驱动系统中的纳米发电机》涵盖了这方面的基本理论、机理研究、丁程放大以及纳米发电机的潜在应用。
    　　《纳米科学与技术：自驱动系统中的纳米发电机》共11章，内容系统、深入浅出、图文并茂，适合纳米科技领域及相关专业的广大科研工作者、大专院校师生参考阅读。 　　王中林博士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（筹）首席科学家。他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年和2005年杰出研究奖，2001年S.T.Li奖（美国），2009年美国陶瓷学会Purdy奖，2011年美国材料研究学会奖章（MRSMedal）。王教授是美国物理学会会士（fellow），美国科学发展协会（AAAS）会士，美国材料研究学会会士，美国显微镜学会会士。王教授在氧化物纳米带与纳米线的合成、表征与基本物理性质的理解；纳米线在能源科学、电子学、光电子学和生物学方面的应用等方面做出了原创性的贡献。他对于纳米发电机的发明及在该领域发展过程中所取得的突破性进展为从环境和生物系统中收集机械能给个人电子器件供电这一思想提供了基本原理和技术路线图。他关于自驱动纳米系统的研究激发了世界学术界和工业界对于微纳系统电源问题的广泛研究，这已成为能源研究与未来传感器网络研究中的特色学科。通过在新型的电子器件和光电子器件中引入压电势控制的电荷传输过程，他开创了压电电子学和压电光电子学学科并引领其发展，这在智能微机电系统或纳机电系统、纳米机器人、人与电子器件的交互界面以及传感器方面具有重要的应用。王教授的著作已被引用超过50000次，其论文被引用的^因子（h-index）是108。详细信息见主页（http://www.nanosclencc.gatech.edu）。 《纳米科学与技术》丛书序
    中文版序

    第1章 绪论
    1．1 纳米器件的电源
    1．2 自驱动传感器网络和系统
    1．3 机械能的收集
    1．4 纳米发电机
    参考文献

    第2章 纳米发电机的基础材料
    2．1 氧化锌的晶体结构
    2．2 气-固-固法生长纳米线／纳米带
    2．3 气-液-固方法生长纳米线阵列
    2．4 脉冲激光沉积法制备纳米线阵列
    2．5 化学法生长纳米线阵列
    2．5．1 基本方法
    2．5．2 垂直曲线纳米线阵列的图案化生长
    2．5．3 柔性基底上氧化锌纳米线的生长
    2．5．4 超细纤维上生长氧化锌纳米线阵列
    2．5．5 水平一致取向纳米线阵列的图案化生长
    2．6 激光图案化法生长晶圆级规模的纳米线阵列
    2．7 织构化氧化锌薄膜
    参考文献

    第3章 压电和压电势
    3．1 控制方程
    3．2 前三阶微扰理论
    3．3 垂直纳米线的解析解
    3．4 横向弯曲纳米线的压电势
    3．5 横向弯曲纳米线的压电势测量
    3．6 轴向应变纳米线的压电势
    3．7 掺杂半导体纳米线的平衡电势
    3．7．1 理论框架
    3．7．2 考虑掺杂情况下压电势的计算
    3．7．3 掺杂浓度的影响
    3．7．4 载流子类型的影响
    参考文献

    第4章 纳米发电机的工作原理
    4．1 垂直一致取向纳米线构成的纳米发电机
    4．1．1 压电纳米发电机的概念
    4．1．2 电极一纳米线界面处的肖特基势垒
    4．1．3 电荷的产生和输出过程
    4．1．4 n型材料纳米发电机的原理
    4．2 p型材料纳米发电机
    4．2．1 输出信号的性质
    4．2．2 p型和n型纳米线的检验标准
    4．3 基于其他纤锌矿结构纳米线的纳米发电机
    4．4 基于横向固定纳米线的纳米发电机
    4．4．1 基本设计
    4．4．2 输出测量
    4．4．3 纳米发电机的原理
    4．4．4 线性连接
    4．4．5 能量转换效率
    4．4．6 收集生物机械能
    参考文献

    第5章 纳米发电机输出信号的表征
    5．1 输出电流
    5．2 输出电压
    5．3 总结
    参考文献

    第6章 基于垂直纳米线阵列的高输出纳米发电机
    6．1 超声驱动纳米发电机
    6．1．1 为何采用锯齿形电极
    6．1．2 工作机理
    6．1．3 纳米发电机在50kHz超声波作用下的输出
    6．2 集成的纳米尖-纳米线相向排列方法
    6．2．1 制备方法
    6．2．2 工作机理
    6．2．3 提高性能
    ……
    第7章 基于横向纳米线阵列的高输出纳米发电机
    第8章 基于非接触纳米线的高输出纳米发电机
    第9章 基于纤维的纳米发电机
    第10章 收集多种类型能量的复合电池
    第11章 自供能传感器与系统
    附录 王中林教授研究组2006～2011年间在纳米发电机和压电电子学领域发表的期刊论文
  • 内容简介:
    　　我们生活的环境中充满了各种各样的能量，例如振动能、形变能、肌肉活动能、化学能、生物能、微风能、太阳能、热能等。如果利用纳米技术可以把这些无时不有处处有的能量转换为电能来带动一些小型的电子器件，就可以制造出自驱动的微纳系统。为了解决这个纳米技术中的瓶颈问题，2006年王中林小组成功地在纳米尺度范围内将机械能转换成电能，研制出世界上*小的发电机——纳米发电机，并提出自驱动纳米技术的新思想。之后，世界上掀起了能量收集技术研究的热潮。过去的七年间，作者研究组在这一研究领域系统发表了一系列相关论文。为了给出一个关于纳米发电机发展的全面并且连贯的回顾与阐释，作者编写了这部专著，《纳米科学与技术：自驱动系统中的纳米发电机》涵盖了这方面的基本理论、机理研究、丁程放大以及纳米发电机的潜在应用。
    　　《纳米科学与技术：自驱动系统中的纳米发电机》共11章，内容系统、深入浅出、图文并茂，适合纳米科技领域及相关专业的广大科研工作者、大专院校师生参考阅读。
  • 作者简介:
    　　王中林博士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（筹）首席科学家。他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年和2005年杰出研究奖，2001年S.T.Li奖（美国），2009年美国陶瓷学会Purdy奖，2011年美国材料研究学会奖章（MRSMedal）。王教授是美国物理学会会士（fellow），美国科学发展协会（AAAS）会士，美国材料研究学会会士，美国显微镜学会会士。王教授在氧化物纳米带与纳米线的合成、表征与基本物理性质的理解；纳米线在能源科学、电子学、光电子学和生物学方面的应用等方面做出了原创性的贡献。他对于纳米发电机的发明及在该领域发展过程中所取得的突破性进展为从环境和生物系统中收集机械能给个人电子器件供电这一思想提供了基本原理和技术路线图。他关于自驱动纳米系统的研究激发了世界学术界和工业界对于微纳系统电源问题的广泛研究，这已成为能源研究与未来传感器网络研究中的特色学科。通过在新型的电子器件和光电子器件中引入压电势控制的电荷传输过程，他开创了压电电子学和压电光电子学学科并引领其发展，这在智能微机电系统或纳机电系统、纳米机器人、人与电子器件的交互界面以及传感器方面具有重要的应用。王教授的著作已被引用超过50000次，其论文被引用的^因子（h-index）是108。详细信息见主页（http://www.nanosclencc.gatech.edu）。
  • 目录:
    《纳米科学与技术》丛书序
    中文版序

    第1章 绪论
    1．1 纳米器件的电源
    1．2 自驱动传感器网络和系统
    1．3 机械能的收集
    1．4 纳米发电机
    参考文献

    第2章 纳米发电机的基础材料
    2．1 氧化锌的晶体结构
    2．2 气-固-固法生长纳米线／纳米带
    2．3 气-液-固方法生长纳米线阵列
    2．4 脉冲激光沉积法制备纳米线阵列
    2．5 化学法生长纳米线阵列
    2．5．1 基本方法
    2．5．2 垂直曲线纳米线阵列的图案化生长
    2．5．3 柔性基底上氧化锌纳米线的生长
    2．5．4 超细纤维上生长氧化锌纳米线阵列
    2．5．5 水平一致取向纳米线阵列的图案化生长
    2．6 激光图案化法生长晶圆级规模的纳米线阵列
    2．7 织构化氧化锌薄膜
    参考文献

    第3章 压电和压电势
    3．1 控制方程
    3．2 前三阶微扰理论
    3．3 垂直纳米线的解析解
    3．4 横向弯曲纳米线的压电势
    3．5 横向弯曲纳米线的压电势测量
    3．6 轴向应变纳米线的压电势
    3．7 掺杂半导体纳米线的平衡电势
    3．7．1 理论框架
    3．7．2 考虑掺杂情况下压电势的计算
    3．7．3 掺杂浓度的影响
    3．7．4 载流子类型的影响
    参考文献

    第4章 纳米发电机的工作原理
    4．1 垂直一致取向纳米线构成的纳米发电机
    4．1．1 压电纳米发电机的概念
    4．1．2 电极一纳米线界面处的肖特基势垒
    4．1．3 电荷的产生和输出过程
    4．1．4 n型材料纳米发电机的原理
    4．2 p型材料纳米发电机
    4．2．1 输出信号的性质
    4．2．2 p型和n型纳米线的检验标准
    4．3 基于其他纤锌矿结构纳米线的纳米发电机
    4．4 基于横向固定纳米线的纳米发电机
    4．4．1 基本设计
    4．4．2 输出测量
    4．4．3 纳米发电机的原理
    4．4．4 线性连接
    4．4．5 能量转换效率
    4．4．6 收集生物机械能
    参考文献

    第5章 纳米发电机输出信号的表征
    5．1 输出电流
    5．2 输出电压
    5．3 总结
    参考文献

    第6章 基于垂直纳米线阵列的高输出纳米发电机
    6．1 超声驱动纳米发电机
    6．1．1 为何采用锯齿形电极
    6．1．2 工作机理
    6．1．3 纳米发电机在50kHz超声波作用下的输出
    6．2 集成的纳米尖-纳米线相向排列方法
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    6．2．2 工作机理
    6．2．3 提高性能
    ……
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    第8章 基于非接触纳米线的高输出纳米发电机
    第9章 基于纤维的纳米发电机
    第10章 收集多种类型能量的复合电池
    第11章 自供能传感器与系统
    附录 王中林教授研究组2006～2011年间在纳米发电机和压电电子学领域发表的期刊论文
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