单晶ZnO纳米弹簧压电性能的仿真研究

ZnO作为一种重要的压电半导体材料,在传感器、执行器、能量捕获及储能等压电电子学和压电光电子学领域发挥着关键作用。单晶ZnO纳米弹簧是诸多ZnO的纳米结构之一。为了解ZnO不同纳米弹簧中的压电电势,通过仿真软件建立了一系列基于无形变单晶ZnO纳米弹簧的仿真模型,比较了ZnO纳米弹簧与纳米线在相同长度内的压电电势和位移,分析了匝数、ZnO纳米螺旋的主要半径对压电电势分布和位移的影响:相同长度的ZnO纳米弹簧和纳米线在相同力作用下,分别获得约6.4nm和0.02nm的位移;随着匝数的增加,ZnO纳米弹簧的压电电势从0.26V增加到1.80V,位移从2.9nm增加到8.2nm。结果表明:ZnO纳米弹簧较纳米线具有更为突出的压电特性,是制备如纳米发电机、执行器和纳米传感器等压电纳米器件的理想材料。

ZnO纳米弹簧的横向与轴向刚度分析

分析了ZnO纳米碳管弹簧在横向、轴向载荷作用下的变形,给出了ZnO纳米碳管弹簧的横向刚度Kr与轴向刚度K1的表达式,为验证Kr、K1公式的有效性,还将一ZnO纳米弹簧Kr、K1的理论解和相应的实验结果、有限元结果进行了比较,结果发现,理论解和实验结果、有限元结果均较为接近。ZnO纳米弹簧的横向刚度与轴向刚度表达式对人们进一步研究碳管纳米弹簧的力学特性具有重要的参考价值。