Cu-Ni体系气相沉积法石墨烯制备工艺及电化学性能研究

发布时间：2023-01-30 12:41

　　石墨烯作为被广泛关注的材料,在光电子和电子学等领域表现出非凡的性能,但其性能受到质量的严重影响,制备高质量的单晶石墨烯是至关重要的。化学气相沉积法通过精细的基底处理和工艺优化可以获得高质量的石墨烯薄膜,铜和镍是最常用的两种有着不同生长机理的合金催化基底,合理的结合其二者优点利用铜镍合金作为生长基底是重要的解决之道。本论文研究目的在于探索Cu-Ni体系合金基底CVD法制备石墨烯的工艺及机理,研究多种工艺对不同成分铜镍合金上生长石墨烯的影响,将制备出的高质量石墨烯应用在超级电容器的结构中,并研究其电化学性能。本论文采用铜镍合金作为生长基底CVD法制备石墨烯,研究了不同合金成分下CVD工艺参数对石墨烯质量的影响规律,探索出了最佳生长基底和匹配的工艺参数范围,最终调控生长制备出了单层的单晶石墨烯,并将工艺优化的石墨烯修饰电极组装成超级电容器,研究了石墨烯结构对超级电容器的电化学性能的影响规律及机理。主要结论为合金基底需预先电解抛光,并退火适当时间,生长温度、甲烷流量与石墨烯的形核率、尺寸和厚度呈正比,氢气流量也与石墨烯的形核率呈正比;Ni原子占比与石墨烯尺寸、厚度及褶皱密度正相关,与单晶性负相... 

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 石墨烯的结构与性质
        1.2.1 石墨烯的结构
        1.2.2 石墨烯的性质
    1.3 石墨烯的制备方法
        1.3.1 化学气相沉积法
        1.3.2 氧化还原法
        1.3.3 外延生长法
        1.3.4 机械剥离法
    1.4 石墨烯的主要应用
        1.4.1 光电器件
        1.4.2 储能装置
        1.4.3 传感
        1.4.4 催化
    1.5 本文的主要研究内容
第2章 实验材料及实验方法
    2.1 实验材料与设备仪器
    2.2 材料结构及形貌的表征与分析
        2.2.1 拉曼光谱(RS)分析
        2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)分析
        2.2.3 透射电子显微镜(TEM)分析
        2.2.4 原子力扫描探针显微镜(AFM)分析
    2.3 电化学性能测试与分析方法
        2.3.1 循环伏安(CV)测试
        2.3.2 恒流充放电(CC)测试
第3章 CVD法制备石墨烯薄膜及性质研究
    3.1 引言
    3.2 CVD法基底预处理
        3.2.1 铜箔预处理
        3.2.2 电镀铜镍合金
    3.3 CVD法制备石墨烯
    3.4 CVD法石墨烯的转移
    3.5 CVD法工艺参数的研究
        3.5.1 基底预处理的影响
        3.5.2 退火时间的影响
        3.5.3 生长温度的影响
        3.5.4 甲烷流量的影响
        3.5.5 氢气流量的影响
    3.6 石墨烯的调控生长
    3.7 本章小结
第4章 石墨烯/活性炭超级电容器性能研究
    4.1 引言
    4.2 石墨烯/活性炭超级电容器的制备
        4.2.1 工作电极的制备
        4.2.2 超级电容器的组装
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 超级电容器的循环伏安行为分析
        4.3.2 超级电容器的恒流充放电行为分析
        4.3.3 超级电容器的循环与倍率性能分析
    4.4 本章小结
结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]锂电池研究中的循环伏安实验测量和分析方法[J]. 聂凯会,耿振,王其钰,岳金明,禹习谦,李泓.  储能科学与技术. 2018(03)

硕士论文
[1]高性能超级电容器用活性炭的制备研究[D]. 侯敏.中国林业科学研究院 2016
[2]超级电容电极材料用活性炭制备性能研究[D]. 毛川川.东南大学 2015
[3]石墨烯及其在活性炭基超级电容器中的性能与应用[D]. 张娟.宁波大学 2014



本文编号：3733080