石墨烯基柔性电极的制备及其在能源器件方面的应用

发布时间：2017-10-14 15:44

  本文关键词：石墨烯基柔性电极的制备及其在能源器件方面的应用

  更多相关文章： 超级电容器 石墨烯 纳米发电机 柔性电极

【摘要】：石墨烯是由碳原子堆叠而成,以sp2杂化的方式排列,是一种单层的,蜂窝状的晶体,而且石墨烯和还原氧化石墨烯(RGO)因其低成本、高的比表面积,和非凡的电学特性,已被视为良好的电极材料。本文利用液相氧化/CVD还原法制备了还原氧化石墨烯,利用改进的Hummers法先对石墨进行氧化,获得剥离的氧化石墨烯后,获得剥离的氧化石墨烯后,接着用化学气相沉积设备进行进一步剥离和还原。这是一种全新的制备方法,使产品具有成本低,产量多,品质高等优点,可以大批生产。并且利用扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜、X射线衍射及拉曼光谱等表征手段研究其形貌及结构特征。还原氧化石墨烯添加到聚偏二氟乙烯(PVDF)基纸被用作为基础电极连续电沉积MnO_2和碳纳米管(CNTs)层,形成灵活的碳纳米管-氧化锰/石墨烯-PVDF杂化膜非常适合作为超级电容器电极材料。复合膜保持了石墨烯纳米片的高电导率特性、碳纳米管的高表面积体积比和二氧化锰纳米片较大的伪电容特性,当组装成超级电容器时展示了自己在全固态柔性超级电容器的潜力,显著提高了超级电容器的电容特性。柔性碳纳米管-氧化锰/石墨烯-PVDF复合膜、铂片电极,与6 M氢氧化钠电解液组成的不对称超级电容器的工作电压高达1.8 V、功率密度为4.83 kW kg-1以及高能量密度为49.1 Wh kg-1。此外,超级电容器在放电电流密度为0.08 A g-1时比电容为276.3 F g-1,而且测试3000个周期充放电后,超级电容器保持了初始容量的96%,库伦效率接近100%。制备的石墨烯超级电容器具有薄,重量轻,易弯曲的柔性特点,高工作电压、高能量密度、高库伦效率以及优良的耐腐蚀化学性能。在铜箔表面溅射生长一层氧化锌薄膜,然后在氧化锌表面丝网印刷一层还原氧化石墨烯,之后在石墨烯表面镶嵌金粒子,制备出的Au/石墨烯/ZnO/Cu柔性纳米发电电极具有很好的压电性能,测试过程中产生的电荷能达到900 pc。而且对于紫外光的亮暗交替变换能产生420 pc的电荷。而且电极还具有制备工艺简单、灵敏、环保等优秀特点。
【关键词】：超级电容器 石墨烯 纳米发电机 柔性电极
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.71;TM53
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 石墨烯的结构10
• 1.2 石墨烯的性能10-12
• 1.2.1 石墨烯的电学性能11
• 1.2.2 石墨烯的热学性能11-12
• 1.2.3 石墨烯的力学性能12
• 1.2.4 石墨烯的光学性能12
• 1.3 石墨烯的制备方法12-15
• 1.3.1 机械剥离法13
• 1.3.2 超薄切片法13
• 1.3.3 表面外延生长法13-14
• 1.3.4 氧化还原法14
• 1.3.5 化学气相沉积法14-15
• 1.4 石墨烯在能源器件方面的应用15-16
• 1.4.1 石墨烯在超级电容器方面的应用15
• 1.4.2 石墨烯在纳米发电机方面的应用15-16
• 第二章 石墨烯的制备及其表征16-23
• 2.1 石墨烯的制备16-19
• 2.1.1 实验药品16
• 2.1.2 制备流程16-18
• 2.1.3 设备介绍18-19
• 2.2 石墨烯的表征19-23
• 2.2.1 石墨烯的扫描电镜分析19-20
• 2.2.2 石墨烯的透射电镜分析20-21
• 2.2.3 石墨烯的X射线衍射分析21-22
• 2.2.4 石墨烯的拉曼光谱分析22
• 2.2.5 石墨烯的原子力显微镜表征22-23
• 第三章 石墨烯基柔性电极的制备及其表征23-31
• 3.1 石墨烯-PVDF复合膜的制备及其表征23-25
• 3.1.1 石墨烯-PVDF复合膜的制备工艺23
• 3.1.2 石墨烯-PVDF复合膜的表征23-25
• 3.2 MnO_2/石墨烯-PVDF复合膜的制备及其表征25-26
• 3.2.1 MnO_2/石墨烯-PVDF复合膜的制备工艺25
• 3.2.2 MnO_2/石墨烯-PVDF复合膜的表征25-26
• 3.3 CNTs-MnO_2/石墨烯-PVDF复合膜的制备及其表征26-31
• 3.3.1 CNTs-MnO_2/石墨烯-PVDF复合膜的制备工艺26-27
• 3.3.2 CNTs-MnO_2/石墨烯-PVDF复合膜的表征27-31
• 第四章 石墨烯超级电容器的结构设计、性能研究及其应用31-42
• 4.1 超级电容器的结构设计31
• 4.2 超级电容器的电化学性能研究31-40
• 4.2.1 电化学工作站设备介绍及其原理31-32
• 4.2.2 循环伏安法检测电容性能32-36
• 4.2.3 计时电位法检测电容性能36-38
• 4.2.4 交流阻抗法检测电容性能38-40
• 4.2.5 电容稳定性的检测40
• 4.3 超级电容器的应用40-42
• 第五章 Au/石墨烯/ZnO/Cu柔性电极的制备、表征及其压电性能42-52
• 5.1 Au/石墨烯/ZnO/Cu柔性电极的制备工艺42-43
• 5.2 Au/石墨烯/ZnO/Cu柔性电极的表征43-48
• 5.2.1 Au/石墨烯/ZnO/Cu柔性电极的扫描电镜及EDS能谱分析43-45
• 5.2.2 Au/石墨烯/ZnO/Cu柔性电极的透射电镜图像及EDS能谱分析45-46
• 5.2.3 Au/石墨烯/ZnO/Cu柔性电极的X射线衍射46-48
• 5.3 Au/石墨烯/ZnO/Cu柔性电极的压电性能48-52
• 第六章 总结与展望52-53
• 参考文献53-59
• 发表论文和科研情况说明59-60
• 致谢60-61

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;科学家首次用纳米管制造出石墨烯带[J];电子元件与材料;2009年06期

2 ;石墨烯研究取得系列进展[J];高科技与产业化;2009年06期

3 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期

4 ;日本开发出在蓝宝石底板上制备石墨烯的技术[J];硅酸盐通报;2009年04期

5 马圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究进展[J];现代物理知识;2009年04期

6 傅强;包信和;;石墨烯的化学研究进展[J];科学通报;2009年18期

7 ;纳米中心石墨烯相变研究取得新进展[J];电子元件与材料;2009年10期

8 徐秀娟;秦金贵;李振;;石墨烯研究进展[J];化学进展;2009年12期

9 张伟娜;何伟;张新荔;;石墨烯的制备方法及其应用特性[J];化工新型材料;2010年S1期

10 万勇;马廷灿;冯瑞华;黄健;潘懿;;石墨烯国际发展态势分析[J];科学观察;2010年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 成会明;;石墨烯的制备与应用探索[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

2 钱文;郝瑞;侯仰龙;;液相剥离制备高质量石墨烯及其功能化[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年

3 张甲;胡平安;王振龙;李乐;;石墨烯制备技术与应用研究的最新进展[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第3分册）[C];2010年

4 赵东林;白利忠;谢卫刚;沈曾民;;石墨烯的制备及其微波吸收性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第7分册）[C];2010年

5 沈志刚;李金芝;易敏;;射流空化方法制备石墨烯研究[A];颗粒学最新进展研讨会——暨第十届全国颗粒制备与处理研讨会论文集[C];2011年

6 王冕;钱林茂;;石墨烯的微观摩擦行为研究[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年

7 赵福刚;李维实;;树枝状结构功能化石墨烯[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年

8 吴孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和无机石墨烯材料:计算与实验的结合[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吴迪;彭海琳;刘忠范;;石墨烯光化学修饰及尺寸效应研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 姚耀;石墨烯研究取得系列进展[N];中国化工报;2009年

2 刘霞;韩用石墨烯制造出柔性透明触摸屏[N];科技日报;2010年

3 记者 王艳红;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新华每日电讯;2010年

4 本报记者 李好宇 张們捷(实习) 特约记者 李季;石墨烯未来应用的十大猜想[N];电脑报;2010年

5 证券时报记者 向南;石墨烯贵过黄金15倍 生产不易炒作先行[N];证券时报;2010年

6 本报特约撰稿 吴康迪;石墨烯 何以结缘诺贝尔奖[N];计算机世界;2010年

7 记者 谢荣　通讯员 夏永祥 陈海泉 张光杰;石墨烯在泰实现产业化[N];泰州日报;2010年

8 本报记者 纪爱玲;石墨烯：市场未启 炒作先行[N];中国高新技术产业导报;2011年

9 周科竞;再说石墨烯的是与非[N];北京商报;2011年

10 王小龙;新型石墨烯材料薄如纸硬如钢[N];科技日报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 吕敏;双层石墨烯的电和磁响应[D];中国科学技术大学;2011年

2 罗大超;化学修饰石墨烯的分离与评价[D];北京化工大学;2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修饰[D];北京化工大学;2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修复机理的理论研究[D];吉林大学;2013年

5 盛凯旋;石墨烯组装体的制备及其电化学应用研究[D];清华大学;2013年

6 伊丁;石墨烯吸附与自旋极化的第一性原理研究[D];山东大学;2015年

7 梁巍;基于石墨烯的氧还原电催化剂的理论计算研究[D];武汉大学;2014年

8 王义;石墨烯的模板导向制备及在电化学储能和肿瘤靶向诊疗方面的应用[D];复旦大学;2014年

9 刘明凯;带状石墨烯纳米复合材料的制备及其性能研究[D];复旦大学;2014年

10 刘勇;智能化及掺杂改性石墨烯的研究及应用[D];复旦大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 詹晓伟;碳化硅外延石墨烯以及分子动力学模拟研究[D];西安电子科技大学;2011年

2 王晨;石墨烯的微观结构及其对电化学性能的影响[D];北京化工大学;2011年

3 苗伟;石墨烯制备及其缺陷研究[D];西北大学;2011年

4 蔡宇凯;一种新型结构的石墨烯纳米器件的研究[D];南京邮电大学;2012年

5 金丽玲;功能化石墨烯的酶学效应研究[D];苏州大学;2012年

6 黄凌燕;石墨烯拉伸性能与尺度效应的研究[D];华南理工大学;2012年

7 刘汝盟;石墨烯热振动分析[D];南京航空航天大学;2012年

8 雷军;碳化硅上石墨烯的制备与表征[D];西安电子科技大学;2012年

9 于金海;石墨烯的非共价功能化修饰及载药系统研究[D];青岛科技大学;2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制备[D];上海交通大学;2013年

，

本文编号：1031902