本文關(guān)鍵詞：面向超級(jí)電容儲(chǔ)能的垂直取向石墨烯納米通道粗糙度及潤(rùn)濕特性調(diào)控

  更多相關(guān)文章： 垂直取向石墨烯 界面 潤(rùn)濕 儲(chǔ)能 超級(jí)電容器

【摘要】：石墨烯作為新型二維材料,被視為超級(jí)電容儲(chǔ)能的理想電極材料,在儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域研究中具有廣闊而深遠(yuǎn)的前景。但是,傳統(tǒng)化學(xué)方法制備環(huán)節(jié)中極易形成大量層間團(tuán)聚,嚴(yán)重影響活性載體的有效儲(chǔ)能面積,限制了石墨烯儲(chǔ)能能力。基于垂直取向石墨烯的新型超級(jí)電容器,可有效避免層間團(tuán)聚、促進(jìn)離子擴(kuò)散和電荷轉(zhuǎn)移,具有高效儲(chǔ)能的潛力。然而,垂直取向石墨烯本征疏水的性質(zhì),直接制約了對(duì)材料有效利用,影響其儲(chǔ)能潛力。本論文通過(guò)對(duì)垂直取向石墨烯微觀粗糙度的修飾,實(shí)現(xiàn)其潤(rùn)濕特性的調(diào)控,改變有效儲(chǔ)能面積,從而影響其儲(chǔ)能性能,對(duì)垂直取向石墨烯超級(jí)電容儲(chǔ)能性能與機(jī)理展開(kāi)深入的研究與探討。采用微波等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法,通過(guò)調(diào)整相關(guān)生長(zhǎng)參數(shù),制備具有高度分枝化結(jié)構(gòu)的垂直取向石墨烯。利用毛細(xì)驅(qū)動(dòng)形貌結(jié)構(gòu)修飾方法,實(shí)現(xiàn)對(duì)垂直取向石墨烯納米通道表面粗糙度的調(diào)控,獲得了三種不同表面粗糙度的垂直取向石墨烯,其粗糙度由大至小排列依次為VGs-O VGs-A VGs-W。垂直取向石墨烯納米通道表面粗糙度直接影響納米通道內(nèi)的固-液界面之間作用,決定垂直取向石墨烯表面潤(rùn)濕特性。研究發(fā)現(xiàn),通過(guò)對(duì)表面粗糙度的修飾,可以簡(jiǎn)單有效地實(shí)現(xiàn)垂直取向石墨烯潤(rùn)濕特性的調(diào)控：液滴在粗糙度較大VGs-O表面形成3°的接觸角,表現(xiàn)出超親水特性；在粗糙度較小的VGs-W表面,液滴在呈橢球體,接觸角為108.8°,呈現(xiàn)疏水特性；粗糙度居于二者之間的VGs-A表面接觸角則為40.6°,表現(xiàn)為親水特性。進(jìn)一步研究具有不同表面粗糙度和潤(rùn)濕特性的垂直取向石墨烯超級(jí)電容儲(chǔ)能性能。研究結(jié)果表明,VGs-O具有豐富的分枝邊緣結(jié)構(gòu),為電荷儲(chǔ)存提供了大量活性位點(diǎn),其超親水的潤(rùn)濕特性,進(jìn)一步增加與電解質(zhì)的有效接觸。VGs-O體積電容達(dá)到4.08 F/cm3,大于粗糙度較小、較疏水的VGs-A (2.16 F/cm3)和VGs-W (1.58 F/cm3).但是,粗糙度較小的VGs-W納米通道表面光滑,對(duì)粒子運(yùn)動(dòng)阻礙作用小,VGs-W的-45°頻率高達(dá)1258 Hz,遠(yuǎn)大于VGs-O (50Hz)。本文對(duì)垂直取向石墨烯潤(rùn)濕特性與儲(chǔ)能特性進(jìn)行了詳盡的研究與闡述,深入探討垂直取向石墨烯潤(rùn)濕與儲(chǔ)能機(jī)理,對(duì)垂直取向石墨烯超級(jí)電容器儲(chǔ)能的發(fā)展具有前瞻性意義,有利于儲(chǔ)能技術(shù)和可控器件相關(guān)領(lǐng)域的研究發(fā)展。
【關(guān)鍵詞】：垂直取向石墨烯 界面 潤(rùn)濕 儲(chǔ)能 超級(jí)電容器
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TM53;TQ127.11
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 縮寫(xiě)符號(hào)表8-12
• 1 緒論12-30
• 1.1 引言12
• 1.2 超級(jí)電容器研究12-16
• 1.2.1 超級(jí)電容器雙電層模型13-14
• 1.2.2 超級(jí)電容器工作原理14-15
• 1.2.3 超級(jí)電容器儲(chǔ)能特點(diǎn)15-16
• 1.3 固-液界面潤(rùn)濕現(xiàn)象研究16-19
• 1.3.1 潤(rùn)濕與接觸角16-17
• 1.3.2 不均勻表面潤(rùn)濕17-19
• 1.4 垂直取向石墨烯研究19-27
• 1.4.1 垂直取向石墨烯制備研究20-23
• 1.4.2 垂直取向石墨烯潤(rùn)濕特性研究23-25
• 1.4.3 垂直取向石墨烯超級(jí)電容器研究25-27
• 1.5 本論文選題意義與研究?jī)?nèi)容27-30
• 1.5.1 本論文選題背景及意義27
• 1.5.2 本論文主要研究?jī)?nèi)容27-30
• 2 實(shí)驗(yàn)方法30-34
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料30
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備30-31
• 2.3 材料表征方法31-32
• 2.3.1 掃描電子顯微鏡(SEM)31
• 2.3.2 X-射線(xiàn)光電子能譜(XPS)31
• 2.3.3 激光拉曼光譜分析(Raman)31-32
• 2.4 潤(rùn)濕特性表征32
• 2.4.1 光學(xué)接觸角測(cè)試32
• 2.4.2 液滴撞擊實(shí)驗(yàn)測(cè)試32
• 2.5 電化學(xué)性能表征32-34
• 2.5.1 循環(huán)伏安法32-33
• 2.5.2 電化學(xué)阻抗譜法33-34
• 3 垂直取向石墨烯表面粗糙度調(diào)控研究34-42
• 3.1 引言34
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分34-36
• 3.2.1 垂直取向石墨烯的制備34-35
• 3.2.2 垂直取向石墨烯表面粗糙度調(diào)控35-36
• 3.3 垂直取向石墨烯形貌表征36-37
• 3.4 結(jié)果與分析37-40
• 3.4.1 高度分枝化垂直取向石墨烯制備結(jié)果與分析37-38
• 3.4.2 垂直取向石墨烯表面粗糙度調(diào)控方法原理分析38-40
• 3.5 本章小結(jié)40-42
• 4 垂直取向石墨烯潤(rùn)濕特性調(diào)控研究42-54
• 4.1 引言42
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分42-43
• 4.2.1 接觸角測(cè)試42-43
• 4.2.2 液滴撞擊測(cè)試43
• 4.3 垂直取向石墨烯表征43-46
• 4.3.1 X-射線(xiàn)光電子能譜(XPS)43-45
• 4.3.2 激光拉曼光譜分析(Raman)45-46
• 4.4 結(jié)果與分析46-53
• 4.4.1 接觸角測(cè)試結(jié)果與分析46-51
• 4.4.2 液滴撞擊實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析51-53
• 4.5 本章小結(jié)53-54
• 5 垂直取向石墨烯超級(jí)電容儲(chǔ)能性能研究54-61
• 5.1 引言54
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分54-55
• 5.3 結(jié)果與分析55-60
• 5.3.1 循環(huán)伏安特性結(jié)果與分析55-57
• 5.3.2 電化學(xué)阻抗譜結(jié)果與分析57-60
• 5.4 本章小結(jié)60-61
• 6 總結(jié)與展望61-64
• 6.1 總結(jié)61-62
• 6.2 本研究的創(chuàng)新點(diǎn)62
• 6.3 研究展望62-64
• 參考文獻(xiàn)64-69
• 作者簡(jiǎn)歷69

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