本文關(guān)鍵詞：自支撐多孔硅及其復(fù)合材料的制備與性能研究

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【摘要】：近年來(lái),硅材料由于其自身的優(yōu)異性能,已在眾多領(lǐng)域中占有重要地位。本文正是基于硅材料的優(yōu)異性能,制備出多孔硅材料,并將其應(yīng)用到超級(jí)電容器中。本文采用陽(yáng)極氧化法制備不同孔隙率的多孔硅,通過(guò)掃描電子顯微鏡和光致發(fā)光測(cè)試儀等對(duì)多孔硅的一些基本性質(zhì)作了深入探討,主要包括:多孔硅表面及斷面形貌分析,多孔硅的發(fā)光性能分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所制備的多孔硅表面孔洞分布均勻,孔洞尺寸在50nm左右;多孔硅截面是一種“板條狀”分布;多孔硅的孔隙率和厚度隨著腐蝕電流密度和腐蝕時(shí)間的增加而增加。同時(shí)光致發(fā)光譜發(fā)現(xiàn),隨著多孔硅孔隙率的增大,發(fā)光峰從650nm轉(zhuǎn)移到580nm,發(fā)生明顯的藍(lán)移現(xiàn)象。為了進(jìn)一步高效利用多孔硅,本文在制備多孔硅的基礎(chǔ)上,采用多步陽(yáng)極氧化法制備自支撐多孔硅,實(shí)現(xiàn)了自支撐多孔硅的可控制備,并研究了電流密度和腐蝕時(shí)間對(duì)多孔硅剝離的影響及對(duì)自支撐多孔硅層的孔隙率、厚度、反射率及發(fā)光性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,自支撐多孔硅的制備,需要控制在特定的電流密度范圍內(nèi),電流過(guò)大,多孔硅裂開;電流過(guò)小,多孔硅不能剝離。自支撐多孔硅孔隙率與電流密度及腐蝕時(shí)間呈非線性變化關(guān)系,自支撐多孔硅的厚度與電流密度及腐蝕時(shí)間線呈線性變化關(guān)系。利用紫外可見分光光度儀研究不同參數(shù)自支撐多孔硅反射率發(fā)現(xiàn),反射率隨著腐蝕電流密度增大而減小,最小值為4.8%,反射率隨著腐蝕時(shí)間增加先增加后減小,最小值為6.3%。為了充分利用自支撐多孔硅,采用電泳法將CdS納米顆粒填充入自支撐多孔硅孔洞中。進(jìn)而改善自支撐多孔硅的發(fā)光性能,加入CdS納米顆粒后,自支撐多孔硅光致發(fā)光峰位從580nm轉(zhuǎn)移到740nm,發(fā)生明顯的紅移現(xiàn)象。為實(shí)現(xiàn)自支撐多孔硅在超級(jí)電容器中的應(yīng)用,本文在利用二步陽(yáng)極氧化法制備自支撐多孔硅基礎(chǔ)上,再利用抽濾法在自支撐多孔硅中沉積ZnO納米籽晶層,最后用水熱合成法使ZnO納米籽晶進(jìn)一步長(zhǎng)大,最終形成自支撐多孔硅/Zn O復(fù)合材料。采用掃描電子顯微鏡、X射線能譜分析、光致發(fā)光譜分析對(duì)樣品的形貌、元素及發(fā)光性能進(jìn)行了表征。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),自支撐多孔硅內(nèi)部成功填充了ZnO納米顆粒并形成了自支撐多孔硅/ZnO復(fù)合材料。將這種復(fù)合材料作為超級(jí)電容器電極進(jìn)行了電化學(xué)測(cè)試,包括循環(huán)伏安、阻抗譜和充放電測(cè)試,結(jié)果表明該復(fù)合材料有較好的超級(jí)電容特性,比容量可達(dá)到15.7F/g,比自支撐多孔硅提高了120倍。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN304.12;TM53

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本文編號(hào)：1158078