本文關(guān)鍵詞：三維石墨烯的結(jié)構(gòu)調(diào)控及其在超級電容器中的應(yīng)用

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【摘要】：本文針對二維平面材料石墨烯良好的導(dǎo)電,導(dǎo)熱,機(jī)械性能優(yōu)良等特點(diǎn),在導(dǎo)電性能方面設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)方案將利用二維平面片層狀石墨烯通過自組裝的方式加工成三維石墨烯,增加了石墨烯的比表面積和電子傳輸通道并成功應(yīng)用于超級電容器且性能良好;在導(dǎo)熱性能方面,我們將石墨烯通過噴涂的方式制成二維涂層,改性后石墨烯涂層成功地在高溫中粘附于陶瓷基底且增強(qiáng)了陶瓷基底的導(dǎo)熱性能。(1)1,8-辛二胺作為石墨烯片層之間的交聯(lián)劑,利用胺基和石墨稀片層的羧基和環(huán)氧基反應(yīng)形成了三維石墨烯結(jié)構(gòu);并且利用溫度和濃度的調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)了三維石墨烯空間結(jié)構(gòu)的調(diào)控,形成了開孔和閉孔結(jié)構(gòu)。開孔和閉孔的石墨烯應(yīng)用在超級電容器的比電容可以達(dá)到167 F g-1和132 F g-1。(2)本文不僅提供了一種簡單、新穎的方法制備有序三維石墨烯泡沫,同時(shí),也提供了一種新型的結(jié)構(gòu)概念用于制備其他有序三維石墨烯泡沫材料。通過合成不同尺寸的聚糠醇微粒作為軟模板,在離心和攪拌中將石墨烯二維片層對聚糠醇微粒進(jìn)行包裹,利用水合反應(yīng)形成以聚糠醇作為模板的三維石墨烯,通過高溫?zé)茖谌S石墨烯結(jié)構(gòu)中的聚糠醇模板去除,即在形成了與聚糠醇模板相同尺寸的三維孔道。利用不同尺寸模板制備有序三維石墨烯泡沫方法非常新穎,模板法制備的有序三維石墨烯泡沫應(yīng)用在超級電容器正極材料中的比電容值為225 F g-1,且具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性,這表明其有作為高性能超級電容器的電極材料的潛能。(3)采用一種高效,低成本,快速的方法增強(qiáng)陶瓷基底的導(dǎo)熱性,我們利用硅烷改性氧化石墨烯,在石墨烯片層上引入Si-O鍵,Si-O可以很好的與陶瓷基底進(jìn)行反應(yīng),這樣就可以利用化學(xué)鍵的連接在陶瓷基底上引入石墨烯,再經(jīng)過高溫?zé)坪笕コ┖吞沾苫字虚g的Si-O鍵,這樣石墨烯和基底之間鏈接就更加緊密。我們首次研究通過化學(xué)鍵的作用在陶瓷基底和石墨烯之間建立聯(lián)系。我們在陶瓷基底上分別噴涂1~4,5~7,8~12,10~15硅烷改性的石墨烯,我們發(fā)現(xiàn)噴涂后與噴涂前的陶瓷基底的導(dǎo)熱率增強(qiáng)了3~4倍。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 三維石墨烯 三維結(jié)構(gòu)控制 超級電容器 石墨烯涂層 導(dǎo)熱石墨烯
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ127.11;TM53
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 緒論8-15
• 1.1 引論8-15
• 1.1.1 碳元素簡介8-9
• 1.1.2 石墨烯簡介9-10
• 1.1.3 石墨烯的制備10
• 1.1.4 三維結(jié)構(gòu)石墨烯的制備10-12
• 1.1.5 三維石墨烯在超級電容器中的應(yīng)用12-15
• 第二章 利用共價(jià)鍵結(jié)合實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)調(diào)控并應(yīng)用于超級電容器15-27
• 2.1 前言15-17
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分17-19
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)所用原料17-18
• 2.2.2 氧化石墨烯的制備18
• 2.2.3 氧化石墨烯嫁接 1,8-辛二胺18
• 2.2.4 三維石墨烯的合成與結(jié)構(gòu)調(diào)控18-19
• 2.3 結(jié)果討論19-25
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)方案和設(shè)計(jì)思路19-20
• 2.3.2 三維石墨烯的凝膠表征20
• 2.3.3 三維石墨烯表現(xiàn)出的沉浮規(guī)律20-21
• 2.3.4 三維石墨烯凝膠的SEM表征21-22
• 2.3.5 三維石墨烯凝膠的FITR表征22-23
• 2.3.6 三維石墨烯凝膠的XRD表征23-24
• 2.3.7 三維石墨烯凝膠的TGA/DSC表征24-25
• 2.3.8 三維石墨烯凝膠的CV表征25
• 2.4 本章小結(jié)25-27
• 第三章 利用模板法制備有序三維石墨烯泡沫并在超級電容器中的應(yīng)用27-37
• 3.1 前言27-30
• 3.1.1 模板法制備三維石墨烯簡介27-30
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分30-31
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料30
• 3.2.2 制備不同形貌的聚糠醇顆粒30
• 3.2.3 制備三維結(jié)構(gòu)的石墨烯/聚糠醇復(fù)合材料30-31
• 3.2.4 高溫去除聚糠醇模板31
• 3.2.5 表征31
• 3.3 結(jié)果討論31-36
• 3.4 本章小結(jié)36-37
• 第四章 硅烷改性石墨烯涂層增強(qiáng)陶瓷基底導(dǎo)熱率37-48
• 4.1 前言37-38
• 4.1.1 石墨烯涂層簡介37-38
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分38-41
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)所用原料38-39
• 4.2.2 氧化石墨烯制備39
• 4.2.3 納米氧化石墨烯制備39
• 4.2.4 氧化石墨烯嫁接APTES39-40
• 4.2.5 石墨烯涂層的制備40-41
• 4.2.6 石墨烯涂層的表征41
• 4.3 結(jié)果討論41-47
• 4.3.1 石墨烯涂層設(shè)計(jì)方案41-42
• 4.3.2 石墨烯涂層表面平整度和截面表征42-43
• 4.3.3 石墨烯涂層褪火前后的元素變化43-44
• 4.3.4 石墨烯涂層改性后的紅外分析44-45
• 4.3.5 石墨烯涂層的拉曼分析45-46
• 4.3.6 石墨烯涂層的導(dǎo)熱分析46-47
• 4.4 本章小結(jié)47-48
• 第五章 總結(jié)與展望48-50
• 參考文獻(xiàn)50-58
• 附錄2 攻讀碩士學(xué)位期間撰寫的論文58-59
• 附錄3 攻讀碩士學(xué)位期間申請的專利59-60
• 附錄4 攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目60-61
• 致謝61

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