三维石墨烯的结构调控及其在超级电容器中的应用

发布时间：2017-09-04 12:00

  本文关键词：三维石墨烯的结构调控及其在超级电容器中的应用

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【摘要】：本文针对二维平面材料石墨烯良好的导电,导热,机械性能优良等特点,在导电性能方面设计了实验方案将利用二维平面片层状石墨烯通过自组装的方式加工成三维石墨烯,增加了石墨烯的比表面积和电子传输通道并成功应用于超级电容器且性能良好;在导热性能方面,我们将石墨烯通过喷涂的方式制成二维涂层,改性后石墨烯涂层成功地在高温中粘附于陶瓷基底且增强了陶瓷基底的导热性能。(1)1,8-辛二胺作为石墨烯片层之间的交联剂,利用胺基和石墨稀片层的羧基和环氧基反应形成了三维石墨烯结构;并且利用温度和浓度的调节,实现了三维石墨烯空间结构的调控,形成了开孔和闭孔结构。开孔和闭孔的石墨烯应用在超级电容器的比电容可以达到167 F g-1和132 F g-1。(2)本文不仅提供了一种简单、新颖的方法制备有序三维石墨烯泡沫,同时,也提供了一种新型的结构概念用于制备其他有序三维石墨烯泡沫材料。通过合成不同尺寸的聚糠醇微粒作为软模板,在离心和搅拌中将石墨烯二维片层对聚糠醇微粒进行包裹,利用水合反应形成以聚糠醇作为模板的三维石墨烯,通过高温烧灼将包裹在三维石墨烯结构中的聚糠醇模板去除,即在形成了与聚糠醇模板相同尺寸的三维孔道。利用不同尺寸模板制备有序三维石墨烯泡沫方法非常新颖,模板法制备的有序三维石墨烯泡沫应用在超级电容器正极材料中的比电容值为225 F g-1,且具有良好的循环稳定性,这表明其有作为高性能超级电容器的电极材料的潜能。(3)采用一种高效,低成本,快速的方法增强陶瓷基底的导热性,我们利用硅烷改性氧化石墨烯,在石墨烯片层上引入Si-O键,Si-O可以很好的与陶瓷基底进行反应,这样就可以利用化学键的连接在陶瓷基底上引入石墨烯,再经过高温烧灼后去除石墨烯和陶瓷基底中间的Si-O键,这样石墨烯和基底之间链接就更加紧密。我们首次研究通过化学键的作用在陶瓷基底和石墨烯之间建立联系。我们在陶瓷基底上分别喷涂1~4,5~7,8~12,10~15硅烷改性的石墨烯,我们发现喷涂后与喷涂前的陶瓷基底的导热率增强了3~4倍。
【关键词】：石墨烯 三维石墨烯 三维结构控制 超级电容器 石墨烯涂层 导热石墨烯
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ127.11;TM53
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 引论8-15
• 1.1.1 碳元素简介8-9
• 1.1.2 石墨烯简介9-10
• 1.1.3 石墨烯的制备10
• 1.1.4 三维结构石墨烯的制备10-12
• 1.1.5 三维石墨烯在超级电容器中的应用12-15
• 第二章 利用共价键结合实现三维结构调控并应用于超级电容器15-27
• 2.1 前言15-17
• 2.2 实验部分17-19
• 2.2.1 实验所用原料17-18
• 2.2.2 氧化石墨烯的制备18
• 2.2.3 氧化石墨烯嫁接 1,8-辛二胺18
• 2.2.4 三维石墨烯的合成与结构调控18-19
• 2.3 结果讨论19-25
• 2.3.1 实验方案和设计思路19-20
• 2.3.2 三维石墨烯的凝胶表征20
• 2.3.3 三维石墨烯表现出的沉浮规律20-21
• 2.3.4 三维石墨烯凝胶的SEM表征21-22
• 2.3.5 三维石墨烯凝胶的FITR表征22-23
• 2.3.6 三维石墨烯凝胶的XRD表征23-24
• 2.3.7 三维石墨烯凝胶的TGA/DSC表征24-25
• 2.3.8 三维石墨烯凝胶的CV表征25
• 2.4 本章小结25-27
• 第三章 利用模板法制备有序三维石墨烯泡沫并在超级电容器中的应用27-37
• 3.1 前言27-30
• 3.1.1 模板法制备三维石墨烯简介27-30
• 3.2 实验部分30-31
• 3.2.1 实验材料30
• 3.2.2 制备不同形貌的聚糠醇颗粒30
• 3.2.3 制备三维结构的石墨烯/聚糠醇复合材料30-31
• 3.2.4 高温去除聚糠醇模板31
• 3.2.5 表征31
• 3.3 结果讨论31-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 硅烷改性石墨烯涂层增强陶瓷基底导热率37-48
• 4.1 前言37-38
• 4.1.1 石墨烯涂层简介37-38
• 4.2 实验部分38-41
• 4.2.1 实验所用原料38-39
• 4.2.2 氧化石墨烯制备39
• 4.2.3 纳米氧化石墨烯制备39
• 4.2.4 氧化石墨烯嫁接APTES39-40
• 4.2.5 石墨烯涂层的制备40-41
• 4.2.6 石墨烯涂层的表征41
• 4.3 结果讨论41-47
• 4.3.1 石墨烯涂层设计方案41-42
• 4.3.2 石墨烯涂层表面平整度和截面表征42-43
• 4.3.3 石墨烯涂层褪火前后的元素变化43-44
• 4.3.4 石墨烯涂层改性后的红外分析44-45
• 4.3.5 石墨烯涂层的拉曼分析45-46
• 4.3.6 石墨烯涂层的导热分析46-47
• 4.4 本章小结47-48
• 第五章 总结与展望48-50
• 参考文献50-58
• 附录2 攻读硕士学位期间撰写的论文58-59
• 附录3 攻读硕士学位期间申请的专利59-60
• 附录4 攻读硕士学位期间参加的科研项目60-61
• 致谢61

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