近年來,碳材料成為儲能、電催化、太陽能電池和場發(fā)射器件研究熱點,特別是在超級電容器和場發(fā)射器件中應(yīng)用研究越來越廣泛。三維有序碳基復(fù)合材料組成的厚電極是高體積能量密度碳基超級電容器和大電流密度碳基場發(fā)射器件必備條件。本文利用半導(dǎo)體工藝、光輔助電化學(xué)刻蝕和無電鍍鎳工藝制備了 3D多孔有序宏孔導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)（MECN）,合成了碳基復(fù)合材料/宏孔導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)厚電極,開展了其在超級電容器及其場發(fā)射器件方面的研究工作。首先,本文采用半導(dǎo)體工藝,光輔助電化學(xué)刻蝕技術(shù)和液流無電鍍鎳技術(shù)制備了 MECN,由鎳顆粒構(gòu)成的5×5×250 μm通道陣列結(jié)構(gòu),壁厚1 μm,具有結(jié)構(gòu)規(guī)整、有序、高深寬比和大比表面積的特點。后續(xù)以MECN作為3D框架基底制備了碳基復(fù)合材料。通過水熱合成方法在MECN表面和孔壁沉積了碳微球,構(gòu)成了 3D有序多孔碳微球厚電極,接下來,利用C與KMnO4反應(yīng)制備了MnO2/C/MECN電極,在1 A/g時比容量達(dá)497 F/g。組裝的MnO2/C/MECN||AC/Ni-foam混合超級電容器（鋰離子超級電容器）在功率密度為4000 W/kg時能量密度達(dá)到0.50 mW h/cm3（55.5 Wh... 

【文章頁數(shù)】：191 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 碳基復(fù)合材料介紹
    1.2 碳基復(fù)合材料超級電容器概述
        1.2.1 超級電容器概述
        1.2.2 超級電容器的分類和特點
        1.2.3 超級電容器中常見碳基復(fù)合材料研究前沿
        1.2.4 超級電容器的挑戰(zhàn)和機(jī)遇
    1.3 碳基復(fù)合材料場發(fā)射概述
    1.4 宏多孔硅制備及其主要應(yīng)用
    1.5 本論文研究的內(nèi)容和意義
    本章參考文獻(xiàn)
第二章 基于宏孔導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的電極制備及測試
    2.1 引言
    2.2 宏孔導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)框架的制備
        2.2.1 無電鍍鎳的基本原理
        2.2.2 無電鍍鎳的工藝流程
        2.2.3 MECN的SEM和XRD表征
    2.3 基于MECN的碳基納米復(fù)合材料的制備方法
        2.3.1 水熱合成材料的基本機(jī)理
        2.3.2 溶劑熱合成納米材料的基本機(jī)理
        2.3.3 氮等離子體摻雜的基本機(jī)理
    2.4 電極材料的表征方法
    2.5 全電容的封裝與測試方法
        2.5.1 超級電容器單電極的組裝與測試方法
        2.5.2 混合超級電容器的封裝與測試
    2.6 場發(fā)射器件的封裝與測試方法
    2.7 本章小結(jié)
    本章參考文獻(xiàn)
第三章 基于宏孔導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的MnO_2/C超級電容器研究
    3.1 基于宏孔導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的MnO_2/C單電極研究
        3.1.1 MnO_2/C復(fù)合材料超級電容器研究背景
        3.1.2 基于宏孔導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的MnO_2/C超級電容器電極的制備與表征
        3.1.3 MnO_2/C覆蓋的宏孔導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)電極的電化學(xué)特性
    3.2 基于三維宏孔導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的MnO_2/C混合納米結(jié)構(gòu)的混合超級電容器研究
        3.2.1 混合超級電容器的研究背景
        3.2.2 MnO_2/C/MECN復(fù)合材料工藝優(yōu)化
        3.2.3 MnO_2/C/MECN與活性炭/Ni-foam組成的混合超級電容器測試
    3.3 本章小結(jié)
    本章參考文獻(xiàn)
第四章 基于宏孔導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的同質(zhì)納米MnO_2/graphene超級電容器研究
    4.1 石墨烯覆蓋宏孔導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的單電極研究
        4.1.1 石墨烯基復(fù)合材料超級電容器研究背景
        4.1.2 石墨烯微通道板電極的制備與表征
        4.1.3 石墨烯微通道板合成機(jī)理及工藝優(yōu)化
    4.2 同質(zhì)MnO_2/石墨烯覆蓋宏孔導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的單電極研究
        4.2.1 同質(zhì)MnO_2/覆蓋石墨烯微通道板電極制備與表征
        4.2.2 同質(zhì)MnO_2/覆蓋石墨烯微通道板電極電化學(xué)測試
    4.3 同質(zhì)MnO_2/石墨烯覆蓋宏孔導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)全電容研究
        4.3.1 石墨烯混合超級電容器的研究背景
        4.3.2 同質(zhì)MnO_2/nanographene復(fù)合材料工藝優(yōu)化
        4.3.3 同質(zhì)MnO_2/nanographene復(fù)合材料電化學(xué)優(yōu)化
        4.3.4 同質(zhì)MnO_2/nanographene與活性炭組成的混合超級電容器測試
        4.3.5 其它2D材料電極測試
    4.4 本章小結(jié)
    本章參考文獻(xiàn)
第五章 氮摻雜石墨烯微通道板場發(fā)射特性研究
    5.1 氮摻雜石墨烯場發(fā)射特性研究背景
    5.2 石墨烯微通道板場發(fā)射特性研究
        5.2.1 石墨烯微通道板場發(fā)射
        5.2.2 石墨烯微通道板場發(fā)射機(jī)理分析
    5.3 氮摻雜石墨烯微通道板場發(fā)射研究
        5.3.1 氮摻雜石墨烯微通道板制備與表征
        5.3.2 氮摻雜石墨烯微通道板場發(fā)射特性研究
        5.3.3 氮摻雜石墨烯微通道板場發(fā)射機(jī)理分析
    5.4 本章小結(jié)
    本章參考文獻(xiàn)
第六章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
Ⅰ. 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
Ⅱ. 攻讀學(xué)位期間申請的專利
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3649132