TiN纳米电容器的构建及性能研究
发布时间：2023-04-30 01:18
电解电容器作为传统的储能器件常因其较低的能量密度而被研究者忽视,但其功率密度(107Wkg-1)远高于电池与超级电容器,若将电解电容器的能量密度提高至超级电容器的量级,定会拓宽电解电容器的使用领域。超级电容器普遍通过构建纳米结构来提高其能量密度,鉴于电解电容器与超级电容器的储能机理都只涉及到表面电荷,因此也可通过构建纳米结构达到增大电解电容器能量密度的目的。首先,在阳极TiO2纳米管阵列的基础上,通过氨气气氛热处理制备出TiN纳米管阵列,并研究了不同退火工艺对TiN形貌结构的影响。退火温度低于800℃时,TiO2纳米管在氨气气氛中退火得到的是氮掺杂TiO2,只有退火温度达到800℃时,TiO2纳米管才会与氨气反应生成TiN,但继续升高退火温度会使纳米管管壁大大减薄,同时破坏纳米管的管状结构。延长保温时间有利于提高TiN的转化率,同时提高纳米管表面的粗糙度。另外,提高升温速率虽然有利于减少氮掺杂TiO2的生成,但过快的升温速率不利于维持纳米管的管状结构。其次,将TiN纳米管阵列膜在含有5 wt%五硼酸胺和1 wt%硼酸的水溶液中进行阳极氧化,在其表面生长TiO2电介质膜,进而构建TiN纳...
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.2 电解电容器
1.2.1 纳米电容器及其研究进展
1.2.2 电解电容器的阳极材料及其研究进展
1.2.3 电介质材料及其研究进展
1.3 阳极TiO2纳米管阵列
1.3.1 阳极TiO2纳米管阵列的快速生长
1.3.2 基于阳极TiO2纳米管的纳米材料的制备及其研究进展
1.3.3 阳极TiO2纳米管的低温结晶技术
1.4 TiN纳米管阵列的制备
1.5 BaTiO3简述
1.6 本文研究目的及研究内容
1.6.1 研究目的
1.6.2 研究内容
2 TiN纳米管阵列膜的制备
2.1 实验部分
2.1.1 实验试剂及仪器
2.1.2 阳极TiO2纳米管阵列的制备
2.1.3 TiN纳米管阵列的制备
2.1.4 TiO2纳米管阵列和TiN纳米管阵列的表征及测试
2.2 结果与讨论
2.2.1 恒流法快速制备阳极TiO2纳米管
2.2.2 退火温度对TiN纳米管形貌与性能的影响
2.2.3 保温时间对TiN纳米管形貌与组成的影响
2.2.4 升温速率对TiN纳米管形貌与性能的影响
2.3 本章小结
3 TiN纳米管/TiO2/电解液结构的纳米电容器的构建
3.1 实验部分
3.1.1 实验药品与仪器
3.1.2 TiN纳米管表面TiO2电介质膜的制备
3.1.3 TiO2电介质膜的二次氧化
3.1.4 TiN纳米管/TiO2/电解液结构的纳米电容器的性能测试
3.2 结果与讨论
3.2.1 阳极氧化电压对TiO2电介质膜性能的影响
3.2.2 阳极氧化温度TiO2电介质膜性能的影响
3.2.3 阳极氧化时间对TiO2电介质膜性能的影响
3.2.4 二次氧化对TiO2电介质膜性能的影响
3.3 本章小结
4 TiN纳米柱/TiO2/电解液结构的纳米电容器的构建
4.1 实验内容
4.1.1 实验试剂及仪器
4.1.2 TiN纳米柱阵列的制备
4.1.3 TiO2纳米柱阵列膜的结构表征
4.1.4 TiN纳米柱阵列膜的结构及性能表征
4.1.5 TiN纳米柱/TiO2/电解液结构的纳米电容器的性能测试
4.2 结果与讨论
4.2.1 水热固-气反应时间对TiO2纳米管形貌结构的影响
4.2.2 TiN纳米柱的形貌结构与性能研究
4.2.3 TiN纳米柱表面的TiO2电介质膜的制备及其介电性能研究
4.3 本章小结
5 Ti纳米柱/BaTiO3/电解液结构的纳米电容器的构建
5.1 实验内容
5.1.1 实验试剂及仪器
5.1.2 水热法制备BaTiO3电介质膜
5.1.3 BaTiO3电介质膜的结构及介电性能表征
5.2 结果与讨论
5.2.1 碱浓度对BaTiO3介电性能的影响
5.2.2 水热反应时间对BaTiO3介电性能的影响
5.2.3 BaTiO3电介质膜的极限工作电压测试
5.3 本章小结
6 总结与展望
6.1 本文主要工作与结论
6.2 本文创新点
6.3 工作展望
致谢
参考文献
附录
本文编号：3806127
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.2 电解电容器
1.2.1 纳米电容器及其研究进展
1.2.2 电解电容器的阳极材料及其研究进展
1.2.3 电介质材料及其研究进展
1.3 阳极TiO2纳米管阵列
1.3.1 阳极TiO2纳米管阵列的快速生长
1.3.2 基于阳极TiO2纳米管的纳米材料的制备及其研究进展
1.3.3 阳极TiO2纳米管的低温结晶技术
1.4 TiN纳米管阵列的制备
1.5 BaTiO3简述
1.6 本文研究目的及研究内容
1.6.1 研究目的
1.6.2 研究内容
2 TiN纳米管阵列膜的制备
2.1 实验部分
2.1.1 实验试剂及仪器
2.1.2 阳极TiO2纳米管阵列的制备
2.1.3 TiN纳米管阵列的制备
2.1.4 TiO2纳米管阵列和TiN纳米管阵列的表征及测试
2.2 结果与讨论
2.2.1 恒流法快速制备阳极TiO2纳米管
2.2.2 退火温度对TiN纳米管形貌与性能的影响
2.2.3 保温时间对TiN纳米管形貌与组成的影响
2.2.4 升温速率对TiN纳米管形貌与性能的影响
2.3 本章小结
3 TiN纳米管/TiO2/电解液结构的纳米电容器的构建
3.1 实验部分
3.1.1 实验药品与仪器
3.1.2 TiN纳米管表面TiO2电介质膜的制备
3.1.3 TiO2电介质膜的二次氧化
3.1.4 TiN纳米管/TiO2/电解液结构的纳米电容器的性能测试
3.2 结果与讨论
3.2.1 阳极氧化电压对TiO2电介质膜性能的影响
3.2.2 阳极氧化温度TiO2电介质膜性能的影响
3.2.3 阳极氧化时间对TiO2电介质膜性能的影响
3.2.4 二次氧化对TiO2电介质膜性能的影响
3.3 本章小结
4 TiN纳米柱/TiO2/电解液结构的纳米电容器的构建
4.1 实验内容
4.1.1 实验试剂及仪器
4.1.2 TiN纳米柱阵列的制备
4.1.3 TiO2纳米柱阵列膜的结构表征
4.1.4 TiN纳米柱阵列膜的结构及性能表征
4.1.5 TiN纳米柱/TiO2/电解液结构的纳米电容器的性能测试
4.2 结果与讨论
4.2.1 水热固-气反应时间对TiO2纳米管形貌结构的影响
4.2.2 TiN纳米柱的形貌结构与性能研究
4.2.3 TiN纳米柱表面的TiO2电介质膜的制备及其介电性能研究
4.3 本章小结
5 Ti纳米柱/BaTiO3/电解液结构的纳米电容器的构建
5.1 实验内容
5.1.1 实验试剂及仪器
5.1.2 水热法制备BaTiO3电介质膜
5.1.3 BaTiO3电介质膜的结构及介电性能表征
5.2 结果与讨论
5.2.1 碱浓度对BaTiO3介电性能的影响
5.2.2 水热反应时间对BaTiO3介电性能的影响
5.2.3 BaTiO3电介质膜的极限工作电压测试
5.3 本章小结
6 总结与展望
6.1 本文主要工作与结论
6.2 本文创新点
6.3 工作展望
致谢
参考文献
附录
本文编号：3806127
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