發(fā)布時間：2020-02-12 03:54

【摘要】：石墨烯作為一種新型的二維碳材料,由于其在力、電、光學(xué)等方面的優(yōu)異性能,引起了各國科學(xué)家的廣泛關(guān)注。石墨烯的應(yīng)用可大致分為三種方式：1)直接以單片石墨烯為基體制備納米器件,2)將石墨烯納米片添加到聚合物等基體中做成復(fù)合材料,3)以石墨烯納米片為構(gòu)筑單元組裝成宏觀材料。其中第三種應(yīng)用方式是本論文的核心內(nèi)容。將石墨烯組裝成宏觀材料的方法有很多種,較常用的方法是通過抽濾法將石墨烯組裝成膜或紙狀材料,以及通過水熱法將石墨烯組裝成三維的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等。然而,這些組裝方法通常耗時耗力,而且制備出來的石墨烯宏觀組襲體通常受限于實驗器具的大小,不能得到大面積的材料或不能實現(xiàn)連續(xù)化的制備。本課題組之前已經(jīng)通過濕法紡絲的方法連續(xù)化地制備出氧化石墨烯纖維,并證明構(gòu)筑單元良好的分散性是實現(xiàn)連續(xù)化制備的關(guān)鍵。因此要想獲得可連續(xù)化制備的石墨烯組裝體,提高石墨烯的分散性是需要攻克的重要問題。本論文通過將聚合物接枝到石墨烯上的方法解決了石墨烯在水中的分散問題,從而連續(xù)化地制備出千米級的石墨烯仿貝殼纖維。此外,本論文還豐富和發(fā)展了石墨烯的組裝方法,首次將濕法紡膜技術(shù)和同軸濕法紡絲技術(shù)引入到石墨烯組裝中。通過濕法紡膜技術(shù)和同軸濕法紡絲技術(shù)分別制備出石墨烯水凝膠膜和核殼結(jié)構(gòu)的聚合物包裹的石墨烯纖維,并將他們直接用作超級電容器電極。主要工作如下：1.分別用三種方法包括點擊化學(xué),水解縮合,氫鍵相互作用對石墨烯進(jìn)行功能化,提高了石墨烯在溶劑中的分散性,為下一步的組裝和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。2.以功能化的聚乙烯醇接枝的石墨烯為構(gòu)筑單元,分別通過抽濾法和濕法紡絲法組裝出“磚-灰”結(jié)構(gòu)的石墨烯仿貝殼膜和千米級別的石墨烯仿貝殼纖維。其具有優(yōu)異的力學(xué)性能,拉伸強(qiáng)度已超過貝殼,并且具有導(dǎo)電性,可以作為高強(qiáng)度的防靜電材料使用。3.提出濕法紡膜的組裝方法將石墨烯組裝成石墨烯水凝膠膜,并將其直接用作超級電容器電極。通過對比發(fā)現(xiàn),濕法紡膜技術(shù)制備出的具有取向結(jié)構(gòu)的石墨烯水凝膠膜的電化學(xué)性能明顯好于直接通過水熱法制備出的沒有取向的石墨烯水凝膠三維網(wǎng)絡(luò)。另外比較了水熱法,氫碘酸還原法和肼還原法得到的石墨烯水凝膠膜的電化學(xué)性能,發(fā)現(xiàn)肼還原石墨烯水凝膠膜具有最高的比電容和較好的倍率性能。4.提出同軸濕法紡絲的組裝技術(shù),并用來制備出核殼結(jié)構(gòu)的聚合物包裹的石墨烯纖維、碳納米管纖維以及它們的復(fù)合纖維,并以其為線電極組裝出全固態(tài)的雙股的線形超級電容器。所得到的線形超級電容器具有同類型電容器中最高的比電容和比能量密度,良好的倍率性能和耐彎折性。首次得到了碳材料纖維編織而成的布形電容器,為其在可穿戴電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
【圖文】：

子上的Ｓ`e和Ｐｙ軌道雜化成ｓｐ２鍵，碳原子么間呈１２０°的夾角。剩下的Ｐｚ軌道逡逑與其他王個相連的碳原子的Ｐｚ軌道相重疊，形成共扼的大７１鍵Ｗ。石墨席是構(gòu)成逡逑其他石墨型材料的基本構(gòu)建單元，如圖１．１所示，它可Ｗ沿一定的方向卷曲成零逡逑維的富勒婿或是一維的碳納米管，也可Ｗ相互堆積形成王維的石墨Ｗ。逡逑游斌黎客^/＾＾夢＞逡逑／－、一占主ｙ一邋ｆ邐入一＇Ｔ、、Ａ邋ｔ＊＂、火（、戶＇戶．戶＇戶逡逑伊％ｍ逡逑％逡逑圖１．１二維的石墨婿是所有維數(shù)的碳妨料的基本構(gòu)建單元，可ｗ包裹成零維的球，逡逑１逡逑

子上的Ｓ`e和Ｐｙ軌道雜化成ｓｐ２鍵，碳原子么間呈１２０°的夾角。剩下的Ｐｚ軌道逡逑與其他王個相連的碳原子的Ｐｚ軌道相重疊，形成共扼的大７１鍵Ｗ。石墨席是構(gòu)成逡逑其他石墨型材料的基本構(gòu)建單元，如圖１．１所示，它可Ｗ沿一定的方向卷曲成零逡逑維的富勒婿或是一維的碳納米管，，也可Ｗ相互堆積形成王維的石墨Ｗ。逡逑游斌黎客^/＾＾夢＞逡逑／－、一占主ｙ一邋ｆ邐入一＇Ｔ、、Ａ邋ｔ＊＂、火（、戶＇戶．戶＇戶逡逑伊％ｍ逡逑％逡逑圖１．１二維的石墨婿是所有維數(shù)的碳妨料的基本構(gòu)建單元，可ｗ包裹成零維的球，逡逑１逡逑
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TQ127.11;TM53


本文編號：2578687