本文關鍵詞：石墨烯基導熱導電互連材料的研究

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【摘要】：隨著電子器件向小型化、微型化和輕薄化方向發(fā)展,以及電子芯片的集成度越來越高,電子器件的工作效率和可靠性越來越依賴于導電互連與散熱問題的解決。石墨烯是目前所知電阻率最小的材料,具有極好的導電性能,同時石墨烯也是目前所知導熱性最好的材料。因此研究石墨烯基導熱導電互連材料在電子封裝中的應用顯得尤為重要。化學法制備的石墨烯在其表面和邊緣含有大量的官能團(-OH,-COOH等)和晶格缺陷等結構缺陷。這些缺陷可以本身就是電化學儲能的活性位點,可以為超級電容器提供豐富的贗電容,也可以為鋰離子提供嵌入的位點;這些缺陷提供的活性位點可以引入一些其他的電化學活性顆粒,石墨烯成為這些材料新型載體和集流體,形成石墨烯復合材料。石墨烯的這些優(yōu)勢都使得其在新型能源存儲和轉化方面有著重要的應用。本課題的研究內容緊緊圍繞石墨烯的導熱性質和導電性質展開。在導熱方面主要是研究二維石墨烯膜的導熱性能。在導電方面主要是研究二維石墨烯膜的導電性能和三維石墨烯電極在能源存儲方面的應用,主要內容如下:(1)以表面活性劑SDS為電解質,通過電化學剝離法制備了石墨烯,通過對所制備的石墨烯進行AFM、TEM表征可知制備的石墨烯層數較少,說明電化學剝離的效果很好。通過XRD和Raman可知制備的石墨烯的質量比較好。在導電性能方面制備的石墨烯膜的表面方阻約85Ω/sq、體積方阻約0.28 Ohm-cm。在導熱性能方面石墨烯膜的熱導率為674.3 Wm-1K-1。(2)以Na_2SnO_3為電解質溶液,通過電化學剝離法一步制備了有SnO_2顆粒負載的石墨烯。通過簡單的抽濾方法制備了SnO_2-石墨烯復合膜,通過SEM、TEM和AFM等方法表征了所制備石墨烯的形貌結構和尺寸大小,通過TEM和XRD表征證實了SnO_2納米顆粒的存在。這種自支撐的柔性的SnO_2-石墨烯膜具有較好的導熱導電性能,電導率為19980 S m-1,熱導率達535.3 W m-1K-1。將SnO_2-石墨烯膜直接作為鋰離子電池的負極材料時,200 mA g-1下100次循環(huán)之后比容量仍達698.8 mAh g-1,在1000mAg-1大電流密度充放電情況下比容量為228mAhg-1,顯示出良好的循環(huán)性能和倍率性能。(3)通過模板法制備空心SnO_2-Fe_2O_3納米球,經水熱和冷凍干燥法制備了3D h-SnO_2-Fe_2O_3@RGO多級復合結構。這種三維石墨烯負載空心球的多級復合結構具有發(fā)達的比表面積和豐富的孔結構分布。這種特殊結構的石墨烯包覆空心納米球的三維結構能夠有效防止納米空心球的團聚和緩沖充放電過程中體積膨脹問題,并且介孔空心核殼結構能夠提供大的比表面、縮短鋰離子和電子的運輸通道。利用這種結構優(yōu)勢作為鋰離子電池負極材料具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性200 mA g-1電流密度下充放電100圈比容量仍達830 mAh g-1和優(yōu)異的倍率性能在1000 mA g-1大電流密度下充放電10圈比容量為550 mAh g-1,性能明顯優(yōu)于對比材料h-SnO_2,h-SnO_2-Fe_2O_3和3D h-SnO_2@RGO電極。
【關鍵詞】：石墨烯 膜材料 三維復合材料 導熱性能 導電性能
【學位授予單位】：中國科學院深圳先進技術研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11;TB332
【目錄】：

• 摘要11-13
• Abstract13-15
• 第一章 文獻綜述及選題背景15-34
• 1.1 石墨烯簡述15-17
• 1.2 石墨烯各種制備方法及優(yōu)缺點17-23
• 1.3 石墨烯在導熱導電方面的應用23-25
• 1.4 石墨烯在導電電極方面的應用25-30
• 1.4.1 超級電容器電極25-27
• 1.4.2 鋰離子電池電極27-30
• 1.5 課題的提出及研究的主要內容30-34
• 第二章 十二烷基硫酸鈉電化學剝離制備石墨烯膜及導熱導電性能34-46
• 2.1 引言34-36
• 2.2 實驗36-39
• 2.2.1 實驗試劑36-37
• 2.2.2 實驗儀器37-38
• 2.2.3 電化學剝離法制備石墨烯膜38
• 2.2.4 微觀結構表征及導熱導電性能表征38-39
• 2.3 結果與討論39-45
• 2.3.1 SDS電化學剝離法制備石墨烯39-41
• 2.3.2 SDS電化學剝離法制備石墨烯的表征41-43
• 2.3.3 石墨烯膜的導熱導電性能表征43-45
• 2.4 本章小結45-46
• 第三章 Na_2SnO_3電化學剝離法制備石墨烯膜及導熱導電性能研究46-60
• 3.1 引言46-47
• 3.2 實驗47-48
• 3.2.1 柔性SnO_2-石墨烯復合膜的制備47
• 3.2.2 微觀結構表征及導熱導電性能表征47-48
• 3.2.3 電化學測試48
• 3.3 結果與討論48-59
• 3.3.1 Na_2SnO_3電化學剝離法制備石墨烯48-51
• 3.3.2 電化學剝離法制備的SnO_2-石墨烯的表征51-54
• 3.3.3 SnO_2-石墨烯膜的導電性能54-55
• 3.3.4 SnO_2-石墨烯膜的導熱性能55-57
• 3.3.5 SnO_2-石墨烯膜的儲鋰性能57-59
• 3.4 本章小結59-60
• 第四章 三維石墨烯復合導電電極的制備及其電化學性能60-77
• 4.1 引言60-61
• 4.2 實驗61-63
• 4.2.1 空心SnO_2球的制備61
• 4.2.2 空心SnO_2-Fe_2O_3球的制備61-62
• 4.2.3 三維石墨烯負載空心SnO_2-Fe_2O_3球復合物的制備62
• 4.2.4 微觀形貌和結構表征62
• 4.2.5 電化學性能測試62-63
• 4.3 結果與討論63-75
• 4.3.1 3Dh-SnO_2-Fe_2O_3@RGO復合物的制備和表征63-71
• 4.3.2 3Dh-SnO_2-Fe_2O_3@RGO復合物的電化學性能71-75
• 4.4 本章小結75-77
• 第五章 主要結論和后續(xù)工作設想77-79
• 5.1 主要結論和創(chuàng)新點77-78
• 5.2 后續(xù)工作的設想78-79
• 參考文獻79-88
• 致謝88-90
• 作者簡介及碩士期間獲得獎勵與論文發(fā)表情況90-91

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