Elektrische eigenschappen van dubbelzijdige polymeer oppervlak nanostructuren

Resultaten en discussie

De elektrische eigenschappen voor verschillende oppervlakte-nanostructuren worden getoond in Fig. 4 bij verschillende externe drukkracht. De uitgangsspanning en kortsluitstroom van de rooster- en nanopillar-arrays worden getoond in Fig. 4. Zoals te zien is, hangt de intensiteit van elektrische eigenschappen in oppervlaktenanostructuren sterk af van de drukkracht. En een soortgelijk fenomeen kan worden gevonden voor de roosters en nanopillar-arrays. De nullastspanning en kortsluitstroomveranderingen met de drukkracht binnen 10 s worden gemeten. De meetresultaten geven aan dat de elektrische eigenschappen voor roosters en nanopillar-arrays verschillende krachtafhankelijkheid vertonen. De nullastspanning van de roosterstructuur neemt langzaam toe met de kracht, maar de kortsluitstroom neemt duidelijk toe met de kracht, zoals weergegeven in Fig. 4a en b. Daarentegen zijn de elektrische eigenschappen van de nanopillar-arrays beter, omdat zowel de nullastspanning als de kortsluitstroom aanzienlijk toenemen met de drukkracht gedurende dezelfde tijd, zoals weergegeven in figuur 4c en d. De nullastspanning verandert echter niet wanneer de kracht toeneemt van 30,5 N naar 42,6 N, maar de kortsluitstroom neemt nog steeds toe. Daarom laten de experimentele resultaten zien dat de gecompliceerde tweedimensionale nanopilaren betere elektrische prestaties hebben dan eendimensionale roosterstructuren.

De elektrische eigenschappen voor oppervlaktenanostructuren. De resultaten voor raspen (a , b ) en een nanopillar-array (c , d ) worden weergegeven

Om de elektrische eigenschappen van nanopijler-arrays verder te analyseren, worden verschillende rangschikkingen en vormen van nanopijlers gemeten, zoals willekeurig, vierkant en hexagonaal, en de SEM-afbeeldingen van verschillende nanopijler-arrays worden getoond in Fig. 5. De nanopijlers met willekeurige en vierkante rangschikking zijn schaars verdeeld in Fig. 5a en b, en de diameters van cirkelvormige nanopilaren zijn respectievelijk ongeveer 300 nm en 400 nm. De hexagonale opstelling en vorm van nanopilaren met een diameter van ongeveer 400 nm zijn dicht op elkaar gepakt in Fig. 5 c. De vergroting van één segment van nanopijlers met zeshoekige rangschikking wordt getoond in figuur 5d. Er is een scherpe punt aan de bovenkant van de nanopijler en een nanogap met een resolutie van minder dan 50 nm tussen de nanopijlers, die vergelijkbaar is met de piramidefunctie op nanoschaal.

SEM-afbeeldingen van drie nanopillar-arrays. Willekeurig (a ) en vierkante opstelling (b ) ronde nanopijlers, hexagonale rangschikking en vorm nanopijlerarrays (c ), en vergrotingsafbeelding van zeshoekige nanopilaren (d ) worden weergegeven

De elektrische prestatiecurven met de kracht voor de verschillende nanopijlersmonsters worden getoond in Fig. 6. De zwarte, rode en blauwe curven vertegenwoordigen respectievelijk de vierkante, willekeurige en hexagonale nanopijlers. De resultaten geven aan dat de nullastspanning en kortsluitstroom voor drie soorten nanopilaren snel toenemen met de drukkracht. Daarentegen vertonen de hexagonale rangschikking en vorm van nanopillar-arrays de sterkste toename (blauwe curve) en zijn de elektrische eigenschappen de beste. Wanneer de kracht minder is dan 20 N en 25 N, zijn de nullastspanning en kortsluitstroom van de willekeurige nanopilaren (rode curve) meer dan die van vierkante nanopillar-arrays (zwarte curve), en de situatie is in ruil daarvoor als de kracht blijft toenemen. Een belangrijke reden is dat de zeshoekige opstelling maximale oppervlakteruwheid en wrijvingscontactgebied kan bieden, dat scherpe punten en openingen met een hogere resolutie (sub-50 nm) bevat die vergelijkbaar zijn met de piramidefunctie. Hier verschilt de oppervlakteruwheid van de parameter voor de karakterisering van de gladheid van het wafeloppervlak, die voornamelijk afhangt van de grootte van het kenmerk. Hoewel de diameter van de zeshoekige nanopilaren vergelijkbaar is met die van andere, vergroten de openingen van minder dan 50 nm, scherpe randen en hoeken de oppervlaktewrijvingsruwheid en het contactoppervlak om het elektrische vermogen te vergroten. We vinden dat wanneer de kracht groter is dan 35  N, de spanningscurven bij open circuit vloeiend worden, zoals weergegeven in figuur 6a, maar de kortsluitstroom voor drie soorten nanopilaren neemt nog steeds toe, zoals weergegeven in figuur 6b. Dit geeft aan dat de elektrische eigenschappen blijven toenemen met de kracht, en de toename zal zacht worden wanneer de kracht meer dan ongeveer 40 N is.

De elektrische eigenschappen voor drie soorten nanopillar-arrays, zoals nullastspanning (a ) en kortsluitstroom (b )

De experimentele resultaten tonen aan dat de externe drukkracht van ongeveer 40 N een geschikte kracht is voor de hexagon-nanopillar-arrays om elektrische eigenschappen te verbeteren, omdat te veel drukkracht de nanostructuurmonsters kan vernietigen. Dit onderzoek kan een basis vormen voor verder onderzoek naar andere elektrische of optische eigenschappen.

In dit artikel worden de monsters met dubbelzijdige oppervlakte-nanostructuren gemeten. Het meetmechanisme van de elektrische eigenschappen van oppervlakte-nanostructuren geeft aan dat de dubbelzijdige oppervlakte-nanostructuren betere elektrische prestaties vertonen.