Influence des paramètres de synthèse sur la structure des nanofils de ZnO pour la fabrication de nanogénérateurs piézoélectriques

Actuellement, la recherche scientifique se focalise sur la miniaturisation et le développement de systèmes autonomes en énergie. De ce fait, des récupérateurs d’énergie directement intégrés sur des batteries, tels que les nanogénérateurs piézoélectriques (NGs) fabriqués à partir de nanofils (NFs) d’oxyde de zinc (ZnO), sont apparus ces dernières années comme une solution à fort potentiel, ceci essentiellement grâce à une croissance des NFs par synthèse aqueuse, une méthode peu coûteuse et industrialisable à grande échelle [1] . Les paramètres de synthèse doivent alors être choisis afin de limiter les défauts dans le matériau, responsables d’une importante diminution des performances du dispositif [2] . L’objectif de cette communication est de comparer deux méthodes de synthèse par voie aqueuse et de voir leur influence sur la quantité de défauts dans les nanofils de ZnO, ainsi que la corrélation avec l’énergie récupérée par un NG. La méthode de croissance, notée A, est présentée en détail dans [3] . La méthode de croissance B a pour principale différence l’ajout d’une plus grande concentration d’ammoniaque [4] , ainsi que le chauffage qui se fait par bain d’huile, et la croissance qui s’effectue sur une couche d’ensemencement de ZnO. Des mesures par photoluminescence (PL) (Fig. 1a.) effectuées sur des NFs de même longueur ont permis d’identifier une quantité moindre de défauts par la méthode A. Le rapport d’intensité des pics UV/visible, représentatif de la quantité de défauts [5] , vaut 2.10-² pour la méthode A, contre 3.10-3 pour la B. Parmi les hypothèses avancées pour tenter d’expliquer ce résultat : la vitesse de croissance beaucoup plus rapide (25-50 nm/min pour B contre 3 nm/min pour A), pourrait impacter la cristallisation et la structure des nanofils. Le pH du milieu, très basique pour la méthode B (>11,5), pourrait également dégrader les NFs en croissance [6] . Afin de vérifier l’influence des méthodes de croissance sur les propriétés du ZnO, des NGs ont été fabriqués [3] (Fig. 1b.) et caractérisés électriquement à faible force (3N) sur le même banc de test. Les résultats présentés Fig. 1c montrent qu’actuellement les NGs obtenus avec la méthode A donnent une puissance maximale 1,5 fois plus grande que ceux obtenus selon la méthode B.