本文選題：取向碳納米管　切入點(diǎn)：超級(jí)電容器　出處：《復(fù)旦大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：因?yàn)楦弑热萘�、高功率密度、超長(zhǎng)循環(huán)壽命、高穩(wěn)定性和環(huán)境友好等綜合優(yōu)異性能,超級(jí)電容器在很多領(lǐng)域如便攜式、可穿戴電子產(chǎn)品中顯示了巨大的應(yīng)用前景,但如何進(jìn)一步提高其應(yīng)用效率是目前亟待解決的重要問(wèn)題。比如,人們迫切需要發(fā)展能直觀、實(shí)時(shí)反映其工作狀態(tài)的超級(jí)電容器,在電力用完之前提醒使用者及時(shí)充電,實(shí)現(xiàn)器件的安全、高效運(yùn)作,但迄今為止這樣的智能超級(jí)電容器尚未見(jiàn)報(bào)道。本學(xué)位論文通過(guò)在超級(jí)電容器中引入敏感變色的高分子材料,發(fā)展出一系列新型智能的平面和纖維狀超級(jí)電容器。本學(xué)位論文主要研究了聚丁二炔和聚苯胺兩類典型的敏感變色高分子材料,重點(diǎn)通過(guò)引入功能無(wú)機(jī)納米組分制備具有優(yōu)異敏感性能的復(fù)合材料。在聚丁二炔中引入磁性四氧化三鐵納米粒子,實(shí)現(xiàn)了聚丁二炔磁致變色。首先通過(guò)化學(xué)共沉淀法制備四氧化三鐵納米粒子,末端含羧基的二炔單體通過(guò)氫鍵連接到納米粒子表面,最后在紫外光照射下二炔單體進(jìn)行拓?fù)浠瘜W(xué)聚合制備聚丁二炔/四氧化三鐵復(fù)合材料。在高頻交變磁場(chǎng)作用下,四氧化三鐵納米粒子發(fā)熱,誘導(dǎo)聚丁二炔側(cè)鏈擾動(dòng),最終導(dǎo)致聚丁二炔主鏈構(gòu)象變化,宏觀上顯示顏色變化。在聚苯胺中引入具有優(yōu)異電學(xué)性能的取向碳納米管,實(shí)現(xiàn)了聚苯胺高度可逆的電致變色。首先通過(guò)化學(xué)氣相沉積法制備了高度取向的可紡碳納米管陣列,從陣列中干法拉出具有高電導(dǎo)率的取向碳納米管薄膜,然后在取向碳納米管薄膜上電沉積聚苯胺制備復(fù)合材料,在電化學(xué)作用下聚苯胺發(fā)生快速可逆的氧化還原反應(yīng),宏觀上指示顏色變化。因?yàn)槊黠@的顏色變化和良好的穩(wěn)定性,聚丁二炔和聚苯胺在各種電子和敏感器件中都顯示了誘人的應(yīng)用前景�？紤]到聚苯胺同時(shí)具有優(yōu)異的電化學(xué)性能,本學(xué)位論文重點(diǎn)以聚苯胺為模型,發(fā)展智能超級(jí)電容器。超級(jí)電容器。為了得到具有綜合優(yōu)異性能的智能器件,我們首先發(fā)展柔性、穩(wěn)定、高電化學(xué)性能的超級(jí)電容器。傳統(tǒng)的平面超級(jí)電容器已經(jīng)有大量報(bào)道,因此本學(xué)位論文重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了一類可拉伸的纖維狀超級(jí)電容器。首先通過(guò)干法紡絲從碳納米管陣列中制備具有優(yōu)異力學(xué)和電學(xué)性能的取向碳納米管纖維和薄膜,進(jìn)一步在碳納米管纖維表面涂覆一層磷酸/聚乙烯醇凝膠電解質(zhì),然后包裹取向碳納米管薄膜,即可得到具有同軸結(jié)構(gòu)的全固態(tài)纖維狀超級(jí)電容器。取向碳納米管纖維和薄膜分別作為兩個(gè)電極,儲(chǔ)能機(jī)理為雙電層電容,比容量達(dá)到59 F/g,同時(shí)具有良好的柔性和可拉伸性能。平面狀智能超級(jí)電容器。以透明的彈性硅橡膠為基底,然后在其表面粘附一層高度取向的碳納米管薄膜,再通過(guò)電沉積法在碳納米管上均勻地沉積一層聚苯胺,得到聚苯胺/碳納米管復(fù)合電極。以磷酸/聚乙烯醇為凝膠電解質(zhì),將兩片聚苯胺/碳納米管復(fù)合電極組裝形成對(duì)稱的超級(jí)電容器。由于聚苯胺的贗電容儲(chǔ)能機(jī)制,超級(jí)電容器顯示高達(dá)308.4 F/g的比容量,并且經(jīng)過(guò)1000次彎曲和200次拉伸(形變?yōu)?00%)后分別保持95.8%和近100%的容量。而且該超級(jí)電容器在充放電過(guò)程中正負(fù)極的顏色隨電壓的不同而變化,如正極在電壓為1 V、0.5 V、0V和-1V時(shí)分別為藍(lán)色、綠色、淡綠色和淡黃色,從而可以實(shí)時(shí)、直觀地反映出其自身的儲(chǔ)能狀態(tài)。纖維狀智能超級(jí)電容器。在彈性橡膠纖維上纏繞一層取向碳納米管薄膜,然后通過(guò)電沉積法在碳納米管上沉積一層聚苯胺,以磷酸/聚乙烯醇凝膠作為電解質(zhì)制備纖維狀智能超級(jí)電容器。該智能超級(jí)電容器具有良好的電化學(xué)儲(chǔ)能性能,如比容量達(dá)到255.5 F/g；同時(shí)具有良好的柔性和可拉伸性,在彎曲和拉伸過(guò)程中電化學(xué)儲(chǔ)能性能穩(wěn)定。與平面智能超級(jí)電容器一樣,纖維狀智能超級(jí)電容器在充放電過(guò)程中隨電壓變化而顯示不同顏色,但纖維狀結(jié)構(gòu)也賦予此類超級(jí)電容器一些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),如纖維狀智能超級(jí)電容器可以編成各種織物,形成各種圖案,可以作為一類新型的柔性、可穿戴顯示材料和器件�？偨Y(jié)來(lái)說(shuō),本學(xué)位論文通過(guò)引入敏感變色的智能高分子材料,發(fā)展出一類新型的智能超級(jí)電容器,其在不同工作電壓下顯示不同的顏色,從而可以直觀、動(dòng)態(tài)指示其工作狀態(tài),為超級(jí)電容器的發(fā)展和應(yīng)用提供了重要的理論基礎(chǔ)。
[Abstract]:A new type of super capacitor with excellent electrical properties is prepared by chemical coprecipitation method . The super capacitor has a specific capacity of up to 308.4 F / g , and has a capacity of 95.8 % and nearly 100 % after 1000 bending and 200 stretching ( deformation of 100 % ) . In addition , a layer of oriented carbon nanotube film is wound on the elastic rubber fiber , and then a layer of polyaniline is deposited on the carbon nano tube by electrodeposition method .
The invention provides a novel intelligent super capacitor which can be woven into various fabrics to form various patterns and can be used as a new type of flexible and wearable display material and device .

【學(xué)位授予單位】：復(fù)旦大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM53

【參考文獻(xiàn)】

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1 丘龍斌;孫雪梅;仰志斌;郭文瀚;彭慧勝;;取向碳納米管/高分子新型復(fù)合材料的制備及應(yīng)用[J];化學(xué)學(xué)報(bào);2012年14期

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本文編號(hào)：1694989