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《天津理工大学》 2016年
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石墨烯基柔性电极的制备及其在能源器件方面的应用

白泽鹏  
【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。
【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

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