عنوان پایان‌نامه
سنتز نانو ساختارهای اکسید روی و کاربرد آن ها در باتری لیتیوم یونی
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک- تکنولوژی نیمه هادی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 3132;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 79823;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 3132;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 79823
- تاریخ دفاع
- ۰۹ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- علیرضا مشایخی
- استاد راهنما
- زینب سنائی
- چکیده
- اکسید روی یک نیمه هادی گروه II-VI جدول تناوبی، با گاف انرژی مستقیم و عریض 3.37eV در دمای اتاق و انرژی اکسیتون 60meV می باشد. ویژگی های خوب اکسید روی و نانوساختارهایش برای کاربردهای متنوع موجب شده که در سال های اخیر توجه فراوانی به این ماده معطوف گردد. این پایان نامه به بررسی و ساخت نانوساختارهای اکسید روی می پردازد. دو روش رشد شیمیایی و رشد به کمک کوره خلاء ساخته شده در طول این پروژه، برای ایجاد نانوساختارهای اکسید روی مورد استفاده قرار گرفته اند و هم-چنین پارامترهای رشد کوره خلا نیز مورد بررسی قرار گرفته اند. بعلاوه کاربردهای این ساختارها و یا ترکیبات آن ها در ادوات گسیل نوری، باتری های لیتیم یونی و ابرخازن ها بررسی شده است. دیود گسیل نور ساخته شده به کمک نانومیله های اکسید روی و سیلیکن در این پایان نامه مورد مطالعه قرار گرفته است. مشاهده می شود که در حالت استفاده از نانوساختارهای سیلیکنی رشد داده شده به کمک دستکاه LPCVD، میزان جریان بایاس مستقیم این دیود گسیل نور تا حدود 4 برابر افزایش میباید. همچنین ولتاژ آستانه دیود حدود 10 برابر کاهش و شدت نور دهی آن نیز تا 2 برابر افزایش خواهد یافت. در مرحله ی بعد، کاربرد الکتروشیمیایی نانووایرهای اکسید روی در باتری های لیتیومی بررسی شده است. ابتدا عملکرد نانومیله های رشد داده شده به روش حمام شیمیایی در یک باتری نیم سلول مظالعه شده است و ظرفیت پایدار در حدود 500 میلی آمپرساعت بر گرم به دست می آید که حدود 1.5 برابر باتری های تجاری در دسترس می باشد. ظرفیت نانومیله های رشد داده شده به روش CVD، حدود 600 میلی آمپرساعت بر گرم است که نسبت به حالت معمولی نیز بهبود قابل توجهی پیدا کرده است. در قسمت پایانی نیز کامپوزیت گرافن و نانوذرات اکسید روی برای کاربرد میکرو ابرخازن انعطاف-پذیر مورد مطالعه قرار گرفته است. در این حالت از گرافن لیزر زده شده و نانوذرات اکسید روی با غلظت-های مختلف به عنوان الکترود ابرخازن معمولی استفاده شده است. نسبت 1 به 25 برای اکسید روی و گرافن بهترین ظرفیت را به دست می دهد و از این الکترود به عنوان الکترود میکرو ابرخازن انعطاف پذیر استفاده شده است. مشاهده میشود که کامپوزیت اکسید روی و گرافن به عنوان میکرو ابرخازن ظرفیت 9 فاراد بر سانتی متر مکعب را به دست می دهد که به نسبت سایر پژوهش ها مقدار مناسبی می باشد.. واژه‌های کلیدی: نانوساختارهای اکسید روی، دیود گسیل نور، باتری لیتیوم یونی، ابرخازن
- Abstract
- Zinc Oxide (ZnO) is an important wide band-gap II–IV semiconductor, which has a wide and direct band-gap of 3.37 eV at room temperature with the large exciton binding energy of 60 meV. Its many great properties, has attracted researchers to concentrate on its applications. This thesis focuses on investigation and application of ZnO materials and their nanostructures. To synthesize ZnO nanostructures, we adopted chemical method and vapor-liquid-solid method and we investigate the effect of the changing parameters in vapor-liquid-solid method. Then after, applications of the synthesized ZnO nanostructures as electrode for light emitting diode, lithium ion battery and supercapacitor were investigated. We fabricated a light emitting diode using ZnO and silicon material and we observed that by utilizing silicon nanostructures as electrode, forward current and light intensity of diode increased 4 times and 2 times, respectively and the threshold voltage decreased 10 times compared to bulk silicon electrode. In addition, electrochemical properties of ZnO nanowires were evaluated as an electrode for lithium ion batteries. As a result, stable capacity of 500 mAh/g and 600 mAh/g were obtained for chemically grown ZnO nanorods and vapor grown ZnO nanowires, respectively which are higher than specific capacity of industrial carbon electrodes (342 mAh/g). Finally, we report the fabrication of ZnO/graphene nanocomposite as an electrode for supercapacitor applications. Laser scribing process was implemented in order to reduce the graphene oxide (GO)/ZnO mixture on a DVD disk. With reduced graphene oxide (rGO) to ZnO mass ratio of 25:1, around 12 times improvement in the specific capacitance was achieved at a current density of 0.1 mA/cm2 compared to pristine graphene electrode. In addition, flexible micro supercapacitor was fabricated by spin coating of the gel electrolyte, showing high stack capacitance of 9 F/cm3 at a current density of 150 mA/cm2 which is higher than previous studies. Keywords: ZnO Nanostructure, Lithium ion battery, Supercapacitor
